Aunque existe una fuerza no conservativa durante el rodamiento puro (para esto, la fricción estática), ¿por qué se conserva la energía? ¿Es solo una característica especial del balanceo puro?
No estoy seguro de que la fricción estática se considere una fuerza no conservativa. Ni conservador. La definición de Wikipedia :
Una fuerza conservativa es una fuerza con la propiedad de que el trabajo total realizado al mover una partícula entre dos puntos es independiente de la trayectoria seguida.
La fricción estática es, por su propia naturaleza, incapaz de mover nada a ninguna parte. Mantiene el punto de contacto estacionario: nada se mueve donde actúa la fuerza. El resto del balón se mueve, sí, pero no el punto de contacto.
Entonces, la fricción estática no realiza trabajo (el trabajo requiere una distancia recorrida) y no está involucrada en esta definición de fuerzas conservativas o no conservativas. Una bola que rueda está influenciada por la fricción estática como la fuerza que inicia la rotación, pero solo otras fuerzas como el peso (que es conservador) pueden realizar el trabajo.
El trabajo está asociado con la fuerza y el desplazamiento. Cuando un cuerpo rueda sobre un plano horizontal con velocidad constante, no hay fuerza externa. Dado que el punto de contacto con la superficie tiene una velocidad cero en relación con la superficie, la fricción estática no realiza ningún trabajo. Independientemente de la naturaleza de la superficie, la fricción es cero. Por lo tanto, no se realiza ningún trabajo sobre el cuerpo. No hay un cambio correspondiente en la energía cinética del cuerpo rodante.
Para un rodamiento acelerado, se aplica una fuerza externa sobre el cuerpo. Sin embargo, la aplicación de una fuerza externa al rodar no es tan sencilla como en el caso de la traslación. La fricción estática entra en escena, siempre que haya una tendencia al deslizamiento. Dependiendo de la situación, la fricción juega un papel específico para mantener la rodadura.
La energía se conserva simplemente porque la fricción ESTÁTICA actúa sobre el cuerpo. La fricción estática no produce trabajo. Considere un disco delgado que rueda por un plano inclinado. La fricción actúa en el punto de contacto más bajo que está instantáneamente en REPOSO. Como no se produce ningún desplazamiento mientras la fuerza actúa en el punto de contacto, el trabajo realizado por la fricción es cero. Ahora, por el teorema de la energía del trabajo, sabemos que Cambio en energía cinética = Trabajo realizado por todas las fuerzas. Como ahora hemos establecido que solo la fuerza conservativa hace trabajo ahora, Cambio en energía cinética = Trabajo realizado por fuerzas conservativas, lo que significa que la energía mecánica en total permanece conservado.
Abhinav