Forze vincolari

Le forze vincolari — la tensione di una fune, la reazione normale tra superfici — costituiscono la seconda famiglia. A differenza delle forze conservative, esse non ammettono energia potenziale: non “immagazzinano” energia in un serbatoio, ma la trasferiscono direttamente da un corpo all’altro. Nel diagramma a bolle non danno quindi origine ad alcuna bolla di $E_\text{pot}$, ma solo a una freccia che collega le energie cinetiche di due corpi distinti.

Principio — Regola delle forze vincolari

Il lavoro di una forza vincolare collega la bolla di $E_\text{cin}$ di un corpo con la bolla di $E_\text{cin}$ dell’altro corpo. Non appare nessuna bolla di energia potenziale.

La forza vincolare esegue lavoro positivo sul corpo in cui la freccia entra e lavoro negativo sul corpo da cui esce. I due lavori sono opposti.

Forze vincolari (fune, reazione normale): trasferiscono energia cinetica direttamente da un corpo all’altro. Niente bolla di $E_\text{pot}$.

Poiché i due lavori sono uguali e opposti, la loro somma è nulla: la forza vincolare si limita a redistribuire l’energia cinetica tra i due corpi, senza crearne né distruggerne. Ma c’è un caso ancora più semplice, e frequentissimo nei problemi: quello del vincolo fisso.

Principio — Quando il lavoro di una forza vincolare è nullo

Se il vincolo è fisso, il lavoro vale zero.

• Se un estremo della fune è bloccato a una parete ferma, la tensione su quell’estremo non fa lavoro (il punto di applicazione non si sposta).
• Se la superficie su cui poggia il corpo è ferma, la reazione vincolare non fa lavoro (la reazione è perpendicolare al moto relativo e il vincolo è fermo).

Se invece il vincolo si muove (superficie scorrevole, fune tirata da un camion), la forza può avere una componente lungo il moto e fare lavoro: “passa” energia da un sistema all’altro.

La reazione del piano è $\perp$ al moto del corpo che scivola $\Rightarrow L=0$. In un ascensore in moto, invece, può avere componente lungo il moto!

Collegamenti

Argomenti: Lavoro ed energia Concetti: Lavoro di una forza Metodi: Diagramma a bolle di scambio energetico

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