القوى غير المحافظة: ما هي وما أهميتها (ث / أمثلة)

السيارة التي تسير على طريق متعرج ، ربما مع توقفات متعددة على طول الطريق ، سوف تتلف إطاراتها بشكل أسرع من تلك التي تأخذ مسار الطريق السريع الأكثر استقامة من النقطة أ إلى ب.

هذا لأن الإطارات تشعر قوة الاحتكاك في كل لحظة يكونون فيها على اتصال بالطريق ؛ كلما طالت الرحلة ، زاد الاحتكاك وبالتالي زاد طاقة حرارية، أو الحرارة، التي يتم إنشاؤها وفقدها في البيئة.

لم تعد الحرارة الناتجة عن الاحتكاك متاحة للسيارة لمواصلة العمل - والطريقة الوحيدة لمواصلة عملها هي إضافة الوقود. وبالتالي قوة الاحتكاك لديهالم ينتج عنه أي طاقة مخزنة. في الواقع ، نتج عن ذلك شيء من العكس - تحويل الطاقة من شكل أكثر فائدة إلى شكل أقل فائدة.

• قوة غير محافظة لا ينتج عنه أي طاقة مخزنة.

العمل الذي قام به أ غير متحفظ تعتمد القوة على المسار المتخذ ؛ كلما زاد طول المسار ، زادت الطاقة الحرارية التي تتبدد في البيئة المحيطة. لا يمكن إعادة استخدام هذه الطاقة بالكامل (حتى لو تم الاحتفاظ ببعضها ، لا يمكن إعادة استخدام 100 في المائة منها لمزيد من العمل).

لأن قانون حفظ الطاقة يفرض أن الطاقة الكلية في نظام مغلق لا تستطيع ذلك التغيير ، يجب أن يساوي إجمالي العمل الذي تقوم به القوى غير المحافظة التغيير في الطاقة الميكانيكية لـ النظام. بعبارات أخرى،

في المقابل ، أ القوة المحافظة ينتج عنه عمل يخزن الطاقة الكامنة التي يمكن إعادة استخدامها لاحقًا. يعتمد صافي العمل الذي تقوم به القوة المحافظة ، وبالتالي مقدار الطاقة المخزنة ، على إجمالي الجسم الإزاحة في خط مستقيم بدلاً من المسافة المقطوعة - إنها كذلك مسار مستقل.

ينتج عن كل من الاحتكاك ومقاومة الهواء (وهو حقًا شكل آخر من أشكال الاحتكاك) طاقة حرارية وطاقة صوتية و ربما تشوهات سطحية ، وكلها "مفقودة" من النظام وبالتالي تمثل طاقة لا يمكنه ذلك إعادة استخدام.

على سبيل المثال ، عندما تسقط صخرة من جرف ، فإنها تتعرض لقوة مقاومة الهواء في طريقها إلى الأسفل. تولد مقاومة الهواء الحرارة والصوت ، وكلاهما شكل من أشكال الطاقة الحرارية التي تتبدد في البيئة. وبالتالي ، يشار أحيانًا إلى القوى غير المحافظة باسم قوى مشتتة.

عندما تضرب الصخرة الأرض ، فإن قوة الاحتكاك التي تشعر بها مع السطح تؤدي إلى مزيد من الحرارة والصوت ، بالإضافة إلى حفرة كبيرة في الأرض. لا تستطيع الصخرة استعادة الحرارة أو الصوت المفقود ، ولن ترتد الأرض إلى شكلها الأصلي.

تشرح القوى غير المحافظة (وقانون الحفاظ على الطاقة) سبب استحالة وجود آلات الحركة الدائمة!

في عالم مليء بالاحتكاك ، لا تتحول الطاقة الكامنة والطاقة الحركية دائمًا بدقة ذهابًا وإيابًا. طالما أن الجسم في حالة حركة ، فإن بعضًا من الإجمالي سيتحول دائمًا إلى حرارة من قوى الاحتكاك غير المحافظة. ويترتب على ذلك أن كمية كل الطاقة في الكون على شكل حرارة هي تتزايد دائما وفي النهاية ، لن تبقى أي طاقة مفيدة. يشار إلى هذا أحيانًا باسم "الموت الحراري" للكون.

وبالتالي ، فإن آلة الحركة الدائمة - أو أي اختراع "للطاقة اللانهائية" - مستحيل ماديًا ، لأنه ليست كل القوى متحفظة.

في المقابل ، القوى المحافظة هي القوى التي يكون مقدار العمل المنجز في الانتقال من النقطة أ إلى النقطة ب مستقلًا عن المسار. تشمل القوى المحافظة قوة الجاذبية والقوى المرنة مثل قوة الزنبرك.