Work and energy in rotational reference frames

Abstract

En los libros de texto estándar de física universitaria, el Teorema del Trabajo y la Energía se presenta generalmente para sistemas de referencia inerciales, en los cuales está claro que la energía cinética se conserva cuando no hay trabajo neto de las fuerzas de interacción ¿Pero qué sucede cuando la energía y el trabajo se calculan en un marco de referencia no inercial? En general, en los textos básicos de física esta importante cuestión no es tratada. En este trabajo buscamos contribuir, en este aspecto, con una propuesta de actividades que permitan presentar y discutir este teorema parados como observadores en rotación relativa, haciendo hincapié explícitamente en las diferencias entre una y otra descripción. Esta propuesta tiene como objetivo la presentación gradual, mediante la discusión, de los conceptos a partir de ejemplos sencillos y prácticos, pero utilizando nociones básicas del formalismo vectorial

In standard textbooks of college physics, Theorem of Work and Energy is generally presented for inertial reference systems in which it is clear that the kinetic energy is conserved when there is not net work of the forces of interaction. But what happens when energy and work are calculated on a non-inertial reference frame? In general, in basic physics textbooks this important issue is not treated. In this paper we seek to contribute, in this respect, with a proposal of activities to present and discuss this theorem standing for observers in relative rotation, explicitly emphasizing the differences between each description. This proposal aims at a gradual introduction, by discussion of concepts from simple and practical examples, but using the basic knowledge of vector formalism.

Em livros didáticos de física universitária padrão, o Teorema Trabalho-Energia é geralmente apresentado para referenciais inerciais, nos quais fica claro que a energia cinética é conservada quando não há trabalho líquido das forças de interação. Mas o que acontece quando a energia e o trabalho são calculados em um referencial não inercial? Essa importante questão geralmente não é abordada em livros didáticos de física básica. Neste trabalho, buscamos contribuir para esse aspecto propondo atividades que permitam a apresentação e a discussão desse teorema a partir de observadores em rotação relativa, enfatizando explicitamente as diferenças entre as duas descrições. Esta proposta visa uma apresentação gradual, por meio da discussão, dos conceitos com base em exemplos simples e práticos, mas utilizando noções básicas do formalismo vetorial.