عندما يرفع شخص ما فنجان قهوة من على الطاولة ، فهو يعملضد الجاذبية.بمجرد عدم وضع الكوب على الطاولة ، ولكن في الهواء ، يتم تخزين الطاقة الكامنة. إذا ترك ، فسوف يسقط.
قوة الجاذبية هي مثال علىالقوة المحافظة. تقوم قوى أخرى من حولنا على نحو مماثل بتخزين الطاقة في نظام من خلال حمل الأشياء في تكوين معين ينتج عنه الحركة ، وتحويل الطاقة المخزنة إلى طاقة حركية ، بمجرد إطلاقها.
يشار إلى إجمالي الطاقة الحركية والمحتملة في النظام على أنه إجمالي الطاقة الميكانيكية للنظام. إجمالي الطاقة هو مجموع الطاقة الميكانيكية والحرارية وغيرها من أشكال الطاقة.
TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)
تؤدي القوى المحافظة إلى تخزين الطاقة الكامنة.
تعريف القوة المحافظة
ألقِ نظرة على فنجان القهوة هذا مرة أخرى. ما إذا كان الكأس قد تم دفعه لأعلى أعلى من خصر الشخص قبل أن يعلق بين يديه عند ارتفاع الخصر ، أو ما إذا كان يتم رفعه بشكل مستقيم إلى ارتفاع الخصر ، وتبقى كمية طاقة الجاذبية الكامنة التي يحتوي عليها الكأس في النهاية ثابتة نفس. سيكون له نفس السقوط إذا انخفض من ارتفاع الخصر في كلتا الحالتين.
بعبارة أخرى ، مقدار الطاقة الكامنة التي يكتسبها الجسم من التعرض لقوة محافظة هي
في المقابل ، لا ينتج عن القوة غير المحافظة طاقة مخزنة. بدلا من ذلك ، الطاقة المستخدمة من قبل قوة غير محافظة للقيام بالعمليتبدد في البيئة المحيطة كحرارة (طاقة حرارية) ولا يمكن إعادة استخدامها.
التعريف الشائع الآخر للقوة المحافظة هو أن صافي العمل المنجز في مسار مغلق هو صفر. المسار المغلق هو المسار الذي يبدأ فيه الكائن وينتهي في نفس الموضع (إزاحته تساوي صفرًا). لأنالشغلفي الفيزياء هي القوةFالعمل على جسم مضروبًا في إزاحتهد
W = فد
ويترتب على ذلك أنه إذا كانت إزاحة الجسم تساوي صفرًا ، فسيكون كذلك العمل الكلي. القوة التي حركتها ، إذن ، يجب أن تكون محافظة.
أمثلة على القوات المحافظة
مثل الجاذبية ، تتسبب القوى المحافظة الأخرى في حدوث تغيير في موضع الجسم ينتج عنه طاقة مخزنة. على سبيل المثال ، قوة الزنبرك في لعبة ملفوفة مثل Slinky أو سهم يتم سحبه للخلف على القوس هي قوى محافظة ، مثلها مثل الكهرباء الساكنة. القوى التي تمسك جسيمين مشحونين على مسافة ما من بعضهما البعض ، أو القوى المغناطيسية التي تمسك بالقطبين الشمالي والجنوبي أو قطب مغناطيسي بعيدا، بمعزل، على حد.
بمجرد أن يتم "ترك الأشياء" في أي من هذه الحالات ، فإنها ستتحرك. سوف ينبثق Slinky ، وسيطير السهم إلى الهدف أو ستجذب الجسيمات أو تتنافر.
لماذا القوات المحافظة مهمة
تسمح القوى المحافظة للبشر بتخزين الطاقة التي يمكن استخدامها لاحقًا في عمل مفيد. إنها مصدر للطاقة القابلة لإعادة الاستخدام - يمكن رفع جسم عن الأرض لتعمل قوة الجاذبية عليه مرارًا وتكرارًا ، ويمكن ضبط القوس والسهم وإطلاقه عدة مرات.
بالطبع ، في العالم الحقيقي ، لا توجد القوى المحافظة بمعزل عن غيرها. في كل حالة من الحالات الموضحة هنا ،يتم دائمًا تبديد بعض الطاقة كحرارة من قوة الاحتكاك، قوة غير محافظة ، ولم تعد قادرة على العودة مباشرة إلى الطاقة المخزنة في ذلك النظام.
كما أن القوى المحافظة نفسها ليست بلا حدود. في مرحلة ما ، سيصل الزنبرك الممتد إلى حده المرن والكسر. إذا تم إسقاط فنجان قهوة من ارتفاع كبير جدًا ، فسوف يتكسر بشكل لا يمكن إصلاحه. ولكن مع الفهم الراسخ لحدود هذه الأشياء ، يمكن للفيزيائي أو المهندس أن يصنع السدود ، وساعات الجد ، وبطاريات السيارات ، وعدد لا يحصى من الأجهزة الأخرى التي يمكنها القيام بأشياء مفيدة.