Força conservativa


Se um objeto em um ponto A precisa mover-se até um ponto B, a força que atua sobre ele será a mesma, independentemente da trajetória que percorra. Essa força é chamada força conservativa, pois mesmo que o objeto tome caminhos alternativos para retornar ao ponto A, não haverá perda de energia total, portanto o trabalho dessa força será nulo. Assim, força conservativa é aquela capaz de gerar armazenamento de energia em um corpo. A força pode ser classificada em:
*Gravitacional;
*Elástica;
*Elétrica;
Para entender melhor como funciona essa força, imagine que um objeto é elevado pela ação de uma força. Essa força, para fazer com que ele se eleve, age contra o peso do objeto, o que faz com que a energia armazenada nele seja gravitacional. Portanto, trata-se de uma força conservativa (a força é assim chamada porque isso independe se o objeto em questão seguiu uma linha reta ou transversal para elevar-se, a força será sempre a mesma).

forca conservativa

Na maioria dos casos, o trabalho realizado por essa força é simétrico da variação de energia potencial associada a ela. O trabalho de uma força conservativa pode ser calculado pela diferença entre a energia potencial inicial e a energia potencial final de um corpo após a sua atuação.
A expressão para calcular o teorema do trabalho e a energia potencial é representada por:
W12 = U(S1) – U(S2),
onde U = – S (Sref) Ftds.
Na posição Sref, pode estar um ponto qualquer, escolhido como referência. Independentemente de qual seja este ponto, não haverá consequência física, uma vez que o trabalho é calculado a partir da diferença da energia potencial entre os dois pontos, que representa o aumento de energia cinética.
O trabalho da força resultante inclui as conservativas e não-conservativas, representado por:
W12 = W12 (conservativas) + W12 (não conservativas)
Onde o trabalho das forças conservativas é equivalente à diminuição de energia potencial e o trabalho total é representado pelo aumento da energia cinética:
Ec2 – Ec1 = U1 – U2 + W12 (não conservativas)
U é a soma de todas as energias potenciais e Ec é a energia cinética.
Segundo a lei da conservação da energia mecânica, sem a atuação de forças não conservativas, essa energia permanecerá constante.

Energia Potencial Gravitacional

Para entender melhor como funciona a energia potencial gravitacional, imagine que o peso é uma força conservadora, representada por:
F = – mge
O trabalho que essa força realiza entre dois pontos é representado por:
W = A.B F.dr
O integra, independentemente do percurso será:
W = – mg Za.Zb dz = mgza – mgzb
Portanto, a energia potencial gravitacional associada ao peso será:
Ug = mgz
Portanto, a energia potencial gravitacional é aquela que está associada diretamente ao peso de um corpo, pois as forças atuam em seu deslocamento.
Além da energia potencial gravitacional, também há outros sujeitos à ação de forças conservativas.

Energia Potencial Elástica e Energia Potencial Elétrica

Para entender como funciona a energia potencial elástica imagine uma mola. Quando esticada ou comprimida, a mola exerce uma força que a faz regressar ao formato inicial. O módulo da força é diretamente proporcional ao alongamento da mola. Se pendurarmos um peso, ela se alongará até que ele fique equilibrado, e se dobrarmos o peso, o alongamento também dobrará.
Lei de Hooke – Está relacionada à energia potencial elástica, e representa a relação entre essa força elástica e o alongamento.
A força que gera essa energia potencial elástica é uma força conservativa, pois a constante elástica é medida desde o momento em que a mola está em sua posição original, nem comprimida, nem alongada, sem a ação de nenhuma força sobre ela. A constante elástica é pequena em molas que se alongam ou comprimem facilmente e elevada no caso das mais duras, como suspensão de automóveis, por exemplo.
Já a energia potencial elétrica, também chamada energia potencial eletrostática, depende da configuração espacial de um sistema formado por cargas elétricas estáticas ou em movimento retilíneo uniforme. O termo ‘eletrostática’ refere-se especificamente a sistemas com campos elétricos que não possuem variação com o tempo. Para entender a importância da energia potencial elétrica, considere que é a partir dela que se deriva a energia elétrica. Essa energia é gerada pela combinação de corrente elétrica e potencial elétrico, que através dessa ação deixa de ser energia potencial elétrica e transforma-se em outros tipos de energia, como movimento, luz, calor, dentre outros.
A energia potencial elétrica representa uma carga pontual em um campo elétrico e é a força eletrostática que modifica sua posição no campo. Para calculá-la, é necessário definir a constante elétrica, a carga geradora do potencial elétrico, a distância inicial e a distância de referência entre elas, aplicando-se a fórmula:
U = K.Q.q/d – K.Q.q/d0
Obs: Os campos atrelados a ondas eletromagnéticas não representam campos conservativos, pois essas ondas são emitidas por cargas elétricas aceleradas, que estão associadas a energias potenciais.