Oltre alla distinzione tra forze di contatto e forze a distanza, ce n’è un’altra ancora più profonda, destinata a diventare centrale quando affronteremo il metodo energetico. Alcune forze ammettono un’energia potenziale associata — sono la forza peso, la forza elastica e la forza elettrostatica — mentre altre no: l’attrito, la tensione della fune, la reazione vincolare. Le prime si dicono conservative, le seconde no. La differenza non è un tecnicismo: riguarda il fatto che una forza sappia oppure no immagazzinare lavoro in una riserva da cui restituirlo integralmente.
Il significato fisico è intuitivo. La forza peso e la forza elastica dipendono soltanto dalla configurazione del sistema, cioè dalla posizione del corpo o dalla deformazione della molla, non da come ci si è arrivati. Quando sollevi un oggetto, il lavoro che compi contro la gravità non va perduto: resta “depositato” nell’energia potenziale della posizione, pronto a essere restituito per intero se lasci ricadere il corpo. Allo stesso modo, il lavoro speso per comprimere o allungare una molla si conserva nella deformazione e viene reso quando la molla torna a riposo. Per queste forze si può quindi definire una grandezza — l’energia potenziale — che misura il lavoro immagazzinato e che dipende solo dallo stato attuale, non dal percorso.
L’attrito, al contrario, non ammette alcuna energia potenziale, perché il lavoro che compie dipende dal cammino e non è recuperabile: viene disperso in calore, cioè trasformato in energia termica che non torna spontaneamente a muovere il corpo. Non esiste una “posizione di riposo” da cui l’attrito restituisca ciò che ha sottratto. Analogamente, tensione e reazione vincolare non hanno un’energia potenziale propria: sono forze il cui lavoro dipende dai vincoli e dal moto, e che tipicamente si limitano a trasmettere o incanalare l’azione di altre forze.
Note
Questa distinzione tra forze conservative e non conservative è il cardine del metodo energetico, che svilupperemo nel capitolo dedicato all’energia. Lì l’energia potenziale del peso e della molla diventerà uno strumento di calcolo potentissimo, mentre il lavoro dissipativo dell’attrito comparirà come energia termica prodotta. Per ora basti ricordare quali forze immagazzinano energia e quali la disperdono.
Collegamenti
Argomenti: Dinamica Concetti: Forza peso · Forza elastica e legge di Hooke
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