Campos de fuerza conservativos y no conservativos: definición y energía

Resumen

El texto explica qué es un campo de fuerza y distingue entre campos conservativos, en los que el trabajo no depende de la trayectoria, y campos no conservativos. Relaciona estos campos con la función potencial, la energía potencial y la conservación de la energía mecánica. Incluye además una breve definición del amperio como unidad básica del SI.

Puntos clave

Un campo de fuerzas es conservativo si el trabajo para desplazar una partícula entre dos puntos no depende de la trayectoria.
Son fuerzas conservativas las gravitatorias y las eléctricas; son no conservativas las magnéticas y de rozamiento.
Un campo es conservativo si el trabajo en una trayectoria cerrada es nulo y si existe una función potencial.
En un campo conservativo se conserva la energía mecánica entre dos puntos cualesquiera.
El trabajo necesario para llevar una partícula de un punto a otro equivale a la diferencia de energía potencial entre ambos puntos.
El amperio es la unidad básica de intensidad de corriente eléctrica del SI.

Ponte a prueba

Se denomina campo de fuerza a la correspondencia única entre un punto del espacio y una fuerza. Un campo de fuerzas es conservativo si el trabajo realizado para desplazar una partícula entre dos puntos es independiente de la trayectoria seguida entre tales puntos y depende únicamente de la posición inicial y final. Un campo no es conservativo si el trabajo realizado para desplazar una partícula entre dos puntos es dependiente de la trayectoria. (DIBUJO). Las fuerzas que generan un campo conservativo se llaman fuerzas conservativas, como las fuerzas gravitatorias y eléctricas, los que generan un campo no conservativo son las fuerzas magnéticas y de rozamiento.

Otras definiciones:

Es conservativo si el trabajo necesario para realizar una trayectoria cerrada es nulo, independientemente de la trayectoria, y es no conservativo en el caso contrario.
Es conservativo si existe una función, denominada potencial, cuya expresión se puede obtener mediante integración de la fuerza conservativa. Es no conservativa si no existe dicha potencia.

La función potencial, para el campo gravitatorio, el potencial en un punto se define como el trabajo por unidad de la masa que hay que realizar para desplazar una masa desde el infinito hasta dicho punto. Si un cuerpo de masa experimenta dicho potencial entonces automáticamente tiene asociada una energía potencial que depende de la posición del cuerpo.

El trabajo necesario para llevar una partícula de un punto a otro se puede calcular como la diferencia de energía potencial entre ambos puntos. El nombre conservativo, tanto en fuerzas como en campos, se debe a que en un campo de fuerzas conservativo se conserva la energía mecánica entre dos puntos cualesquiera. Mientras que en un campo no conservativo la energía no se conserva, ya que genera pérdidas energéticas en la trayectoria. La energía mecánica es constante entre dos puntos si solo actúan fuerzas conservativas.

Amperio y corriente eléctrica

El amperio es la unidad de corriente eléctrica, es una de las unidades básicas del SI nombrada en honor a Ampère. Se ha definido como la unidad de carga que atraviesa un conductor por segundo. Otra definición es que el amperio es la intensidad de una corriente que se mantiene en dos conductores paralelos rectilíneos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y situados a 1m de uno de otro en el vacío, produciría una fuerza igual a 2x10^-7 Nm.

Preguntas frecuentes

¿Cuándo un campo de fuerzas es conservativo?

Un campo de fuerzas es conservativo si el trabajo realizado para desplazar una partícula entre dos puntos es independiente de la trayectoria y depende solo de las posiciones inicial y final. También lo es si el trabajo en una trayectoria cerrada es nulo.

¿Qué fuerzas son conservativas y cuáles no?

Las fuerzas gravitatorias y eléctricas son conservativas. Las fuerzas magnéticas y de rozamiento generan campos no conservativos.

¿Por qué se llama conservativo a este tipo de campo?

Se llama así porque en un campo conservativo se conserva la energía mecánica entre dos puntos cualesquiera. En un campo no conservativo la energía no se conserva, ya que se producen pérdidas energéticas en la trayectoria.