Когато някой вдигне чаша кафе от масата, той работисрещу гравитацията.След като чашата вече не е на масата, а във въздуха, тя съхранява потенциална енергия. Ако се пусне, ще падне.
Силата на гравитацията е пример за aконсервативна сила. Други сили около нас по същия начин съхраняват енергия в система, като задържат обекти в определена конфигурация, което ще доведе до движение, трансформирайки съхранената енергия в кинетична енергия, след като бъде освободена.
Общата кинетична и потенциална енергия в системата се нарича обща механична енергия на системата. Общата енергия е сумата от механичната енергия и топлинната и други форми на енергия.
TL; DR (твърде дълго; Не прочетох)
Консервативните сили водят до съхранена потенциална енергия.
Определение за консервативна сила
Погледнете отново тази чаша за кафе. Дали чашата се хвърля нагоре по-високо от талията на човека, преди да бъде хванат в ръцете му на височината на талията, или дали просто се вдига право до височината на талията, количеството гравитационна потенциална енергия, която чашата съдържа в края, остава същото. Той ще има същото падане, ако падне от височината на талията и в двата случая.
Казано по друг начин, количеството потенциална енергия, която обектът получава от изпитването на консервативна сила, енезависим от пътя: зависи само от обектаокончателно изместване (разликата между крайната позиция и началната позиция), а не общото изминато разстояние. Докато в първия случай чашата пътувашеобщо по-далечот точка а до точка б - придвижване нагоре, спиране мигновено и след това падане надолу към ръцете това го хвана - все пак започна и завърши в същите позиции като чашата, която просто беше вдигната нагоре. Това прави пълната промяна в потенциалната енергияот силата на гравитациятаза всяка чаша еднакво.
За разлика от това, неконсервативната сила не води до складирана енергия. Вместо това енергията, използвана от неконсервативна сила, за да работиразсейва се в околната среда като топлина (топлинна енергия) и не може да се използва повторно.
Друга често срещана дефиниция на консервативна сила е тази, при която нетната работа, извършена в затворен път, е нула. Затворен път е пътят, при който обектът започва и завършва в същото положение (неговото изместване е нула). Защотоработавъв физиката е силатаFдействащ върху обект, умножен по неговото изместванед
W = Fd
от това следва, че ако денивелацията на обект е нула, общата работа също. Тогава силата, която го е движила, трябва да е била консервативна.
Примери за консервативни сили
Подобно на гравитацията, други консервативни сили причиняват промяна в позицията на обекта, което води до съхранена енергия. Например, силата на пружината в навита играчка като Slinky или стрела, изтеглена назад на лък, са консервативни сили, както и електростатичните сили, задържащи две заредени частици на известно разстояние една от друга, или магнитните сили, задържащи Северния и Южния полюс или два магнитни пръта на части.
Веднага след като обектите бъдат „пуснати“ във всеки от тези случаи, те ще се преместят. Slinky ще се появи, стрелката ще лети към целта или частиците ще привличат или отблъскват.
Защо консервативните сили имат значение
Консервативните сили позволяват на хората да съхраняват енергия, която по-късно може да бъде полезна за работа. Те са източник на енергия за многократна употреба - обектът може да бъде повдигнат от земята, за да може гравитационната сила да действа върху него отново и отново, а лък и стрела може да бъде зададен и освободен няколко пъти.
Разбира се, в реалния свят консервативните сили не съществуват изолирано. Във всяка от ситуациите, описани тук,част от енергията винаги се разсейва като топлина от силата на триене, неконсервативна сила и вече не е в състояние да се върне директно към съхранената енергия в тази система.
Нито самите консервативни сили са безгранични. В един момент опънатата пружина ще достигне своята граница на еластичност и ще се счупи. Кафената чаша, изпусната от твърде високо, ще се раздроби, без да се поправи. Но със солидно разбиране за границите на тези обекти, физик или инженер може да направи язовири, дядов часовник, автомобилни акумулатори и безброй други устройства, които могат да правят полезни неща.