As equações de Lagrange na forma que foram discutidas neste capítulo são válidas apenas quando as forças (pelo menos das que não são de vínculos) forem deduzidas a partir de
uma energia potencial. Par obter uma ideia de como elas podem ser modificadas para incluir as forças de atrito, considere o seguinte: uma única partícula, em uma dimensão, está sujeita a várias forças conservativas (força conservativa resultante
) e uma força não conservativa (que chamaremos de
). Defina a Lagragiana como
e mostre que a modificação apropriada é
uma energia potencial. Par obter uma ideia de como elas podem ser modificadas para incluir as forças de atrito, considere o seguinte: uma única partícula, em uma dimensão, está sujeita a várias forças conservativas (força conservativa resultante
Passo 1
Beleza, vamos entender o que a questão está pedindo. Estamos falando das equações de Lagrange, que são ferramentas usadas na física para descrever o movimento de partículas. Essas equações funcionam bem quando as forças envolvidas podem ser derivadas de uma energia potencial. Mas e se tivermos forças de atrito, que não são conservativas? O exercício quer que a gente modifique as equações de Lagrange para incluir essas forças de atrito. Para isso, vamos precisar entender o que é a Lagrangiana (
), que é definida como a diferença entre a energia cinética (
) e a energia potencial (
):
.
Passo 2
Primeiro, vamos lembrar das equações de Lagrange padrão, que são dadas por:
Essas equações assumem que todas as forças podem ser derivadas de uma energia potencial. Mas, no nosso caso, temos uma força de atrito
que não se encaixa nessa categoria.
Passo 3
Para incluir uma força não conservativa como o atrito, precisamos adicionar esse termo diretamente às equações de Lagrange. A ideia é que o atrito faz um trabalho que não pode ser representado por uma energia potencial, então ele aparece como uma força adicional na equação.
Passo 4
Assim, a modificação apropriada das equações de Lagrange fica:
Aqui,
é a força de atrito adicionada ao lado das derivadas da Lagrangiana.
Passo 5
Para concluir, mostramos que ao incluir a força de atrito
na equação de Lagrange original, conseguimos levar em conta forças não conservativas no nosso sistema. Isso permite que as equações de movimento descrevam situações mais realistas onde o atrito está presente.
Resposta
A modificação apropriada das equações de Lagrange para incluir a força de atrito é: