O que é uma força não conservadora?
Quando criança, você provavelmente passava algum tempo em playgrounds. De vez em quando, você encontrava um slide que simplesmente não conseguia deslizar para baixo. Em vez de descer rapidamente, você teria que descer lentamente até o fundo. O que estava impedindo você de escorregar é uma força chamada atrito. Essa força é um exemplo de um tipo de força que chamamos de força não conservativa.
Em uma força não conservativa , a energia dentro de um sistema não é mantida, mas sim dissipada para fora do sistema. Por esse motivo, essas forças também são conhecidas como forças dissipativas . Uma maneira comum de dissipar essa energia é por meio do calor, e o atrito é um bom exemplo disso. Você mesmo pode experimentar isso simplesmente pegando suas mãos e esfregando-as. O calor que você começará a sentir é a energia emitida pela fricção entre as duas mãos.
Dependência de Caminho
Uma maneira de saber se uma força não é conservativa é ver se ela depende do caminho. Ao contrário das forças conservativas, o trabalho realizado por uma força não conservativa em um objeto depende da rota que o objeto viaja. Para entender isso, vamos imaginar que você está empurrando uma caixa pelo chão de um lado para o outro a uma velocidade constante. Você prefere empurrar a caixa em linha reta ou em zigue-zague? A maioria das pessoas escolherá empurrar a caixa em linha reta. Eles sabem instintivamente que isso vai dar menos trabalho do que o padrão em zigue-zague, mas por que isso? Isso porque, para manter a caixa se movendo a uma velocidade constante, você está lutando contra o atrito. A caixa que percorre o caminho mais longo tem que lutar contra mais atrito. Uma vez que mais atrito age na caixa no caminho em zigue-zague do que no caminho reto, isso significa que o atrito é uma força dependente do caminho.
Forças de atrito
Falamos muito sobre o atrito até agora nesta lição, porque é a força não conservadora mais comum. No entanto, o atrito não é uma força que serve para todos. Existem diferentes tipos de atrito para diversas circunstâncias. Na verdade, em nosso exemplo, a caixa que está sendo empurrada pelo chão está passando por vários tipos diferentes de atrito ao mesmo tempo.
O primeiro tipo de atrito que nossa caixa encontra é o atrito estático . Esta é a força de atrito que se opõe a colocar um objeto em movimento. Para nossa caixa, o atrito estático age entre ela e o chão antes de começar a ser empurrada. Em outras palavras, você precisa superar o atrito estático para fazer a caixa se mover.
Assim que a caixa começa a se mover, o tipo de atrito muda para atrito cinético . O atrito cinético é a força de atrito que tenta diminuir a velocidade de um objeto que já está em movimento. Na maioria das vezes, essa força atua na direção oposta ao movimento do objeto. Essa força começou a atuar para desacelerar a caixa quando ela começou a se mover, e a pessoa que a empurra deve superá-la constantemente para evitar que a caixa pare.
Sem atrito estático, seria muito difícil manter os objetos parados em um lugar. Todos os móveis ao seu redor estariam constantemente tentando se mover ao menor toque. E sem atrito cinético, uma vez que uma peça desse móvel começasse a se mover, seria muito difícil fazê-la parar e ficar parada novamente.
Outro tipo relativamente comum de atrito é conhecido como arrasto. Arrasto é a força que age contra um corpo que viaja através de líquidos ou gases. Como o atrito cinético, o arrasto geralmente age na direção oposta em que o objeto está se movendo. Um efeito do arrasto do qual você deve ter ouvido falar é a velocidade terminal. Quando um pára-quedista está caindo, ele acelera a uma velocidade máxima ou terminal, onde não pode ir mais rápido. Nesse ponto, o peso do paraquedista (também conhecido como força devido à gravidade) é equilibrado pelo arrasto que ele está criando e que o empurra para cima conforme ele cai. O equilíbrio perfeito entre peso e resistência evita que o pára-quedista ganhe mais aceleração.
Finalmente, nossa caixa sendo empurrada também está sofrendo arrasto. Embora esteja se movendo, o principal tipo de atrito que experimenta é o atrito cinético, enquanto a caixa está na atmosfera, ela também se move através de um gás. Em velocidades baixas, esse efeito de arrasto é muito pequeno, mas ainda está lá.
Resumo da lição
Em uma força não conservativa , também conhecida como força dissipativa , a energia dentro de um sistema não é mantida, mas, em vez disso, é dissipada para fora do sistema. Uma maneira de saber se uma força não é conservativa é ver se ela depende do caminho . Isso significa que o trabalho realizado pela força em um objeto depende da rota que o objeto viaja.
O atrito é um exemplo de força não conservativa e existem vários tipos de forças de atrito para diferentes circunstâncias. Três tipos muito comuns de atrito são atrito estático, atrito cinético e arrasto. O atrito estático é a força de atrito que se opõe à colocação de um objeto em movimento. O atrito cinético é a força de atrito que tenta diminuir a velocidade de um objeto que já está em movimento. Finalmente, o arrasto é a força que atua contra um corpo que viaja através de líquidos ou gases.
Resultados de Aprendizagem
Ao concluir esta lição, você será capaz de:
- Descreva o que são forças não conservativas
- Explique como saber se uma força não é conservativa
- Lembre-se de três tipos de forças de atrito