Quando alguém levanta uma xícara de café da mesa, eles estão trabalhandocontra a gravidade.Uma vez que a xícara não está mais na mesa, mas no meio do ar, ela armazenou energia potencial. Se fosse solto, ele cairia.
A força da gravidade é um exemplo de umforça conservadora. Outras forças ao nosso redor armazenam energia de forma semelhante em um sistema, segurando objetos em uma configuração particular que resultará em movimento, transformando a energia armazenada em energia cinética, uma vez liberada.
A energia cinética e potencial total em um sistema é referida como a energia mecânica total do sistema. A energia total é a soma da energia mecânica e térmica e outras formas de energia.
TL; DR (muito longo; Não li)
Forças conservativas resultam em energia potencial armazenada.
Definição de uma força conservadora
Dê uma olhada naquela xícara de café novamente. Se o copo é jogado para cima mais alto do que a cintura da pessoa antes de ser pego em suas mãos na altura da cintura, ou se é simplesmente levantado em linha reta até a altura da cintura, a quantidade de energia potencial gravitacional que o copo contém no final permanece mesmo. Ela terá a mesma queda se cair da altura da cintura em qualquer um dos casos.
Dito de outra forma, a quantidade de energia potencial que um objeto ganha ao experimentar uma força conservadora éindependente do caminho: depende apenas do objetodeslocamento final (a diferença entre a posição final e a posição inicial), não a distância total percorrida. Enquanto no primeiro caso a xícara viajoumais longe no totaldo ponto a ao ponto b - movendo-se para cima, parando instantaneamente e caindo nas mãos que pegou - ainda começava e terminava nas mesmas posições do copo que foi simplesmente levantado pra cima. Isso faz com que a mudança total na energia potencialda força da gravidadepara cada copo o mesmo.
Em contraste, uma força não conservadora não resulta em energia armazenada. Em vez disso, a energia usada por uma força não conservadora para fazer o trabalhose dissipa no ambiente circundante como calor (energia térmica) e não pode ser reutilizado.
Outra definição comum de força conservadora é aquela em que o trabalho líquido realizado em um caminho fechado é zero. Um caminho fechado é aquele em que o objeto começa e termina na mesma posição (seu deslocamento é zero). Porquetrabalhosna física é a forçaFagindo sobre um objeto vezes seu deslocamentod
W = Fd
segue-se que se o deslocamento de um objeto é zero, o trabalho total também o é. A força que o moveu, então, deve ter sido conservadora.
Exemplos de forças conservadoras
Como a gravidade, outras forças conservativas causam uma mudança na posição de um objeto que resulta em energia armazenada. Por exemplo, a força da mola em um brinquedo enrolado como um Slinky ou uma flecha sendo puxada para trás em um arco são forças conservadoras, assim como as forças eletrostáticas forças que prendem duas partículas carregadas a alguma distância uma da outra, ou as forças magnéticas que prendem os pólos Norte e Sul ou duas barras magnéticas separado.
Assim que os objetos forem "soltos" em qualquer um desses casos, eles se moverão. O Slinky aparecerá, a flecha voará para o alvo ou as partículas irão atrair ou repelir.
Por que as forças conservadoras são importantes
As forças conservadoras permitem que os humanos armazenem energia que pode mais tarde ser empregada em um trabalho útil. Eles são uma fonte de energia reutilizável - um objeto pode ser levantado do solo para que a força gravitacional atue sobre ele repetidamente, e um arco e flecha pode ser armado e lançado várias vezes.
É claro que, no mundo real, as forças conservadoras não existem isoladamente. Em cada uma das situações descritas aqui,alguma energia é sempre dissipada como calor pela força de fricção, uma força não conservadora, e não é mais capaz de retornar diretamente para a energia armazenada naquele sistema.
Nem as próprias forças conservadoras são ilimitadas. Em algum ponto, uma mola esticada atingirá seu limite elástico e se romperá. Uma xícara de café caída de muito alto irá se estilhaçar além do reparo. Mas com uma compreensão sólida dos limites desses objetos, um físico ou engenheiro pode fazer represas, relógios antigos, baterias de automóveis e uma miríade de outros dispositivos que podem fazer coisas úteis.