Ein Auto, das auf einer kurvigen Strecke fährt, vielleicht mit mehreren Stopps unterwegs, nutzt seine Reifen schneller ab als eines, das den geraderen Autobahnweg von Punkt A nach B nimmt.
Das liegt daran, dass sich die Reifen anfühlen Reibungskraft in jedem Moment haben sie Kontakt mit der Straße; je länger die Fahrt, desto mehr Reibung und damit mehr Wärmeenergie, oder Hitze, das erzeugt wird und an die Umwelt verloren geht.
Die Reibungswärme steht dem Auto nicht mehr für seine Arbeit zur Verfügung – es bleibt nur durch Nachfüllen von Kraftstoff am Laufen. Somit ist die Reibungskraft hastführte zu keiner gespeicherten Energie. Tatsächlich hat es etwas vom Gegenteil bewirkt – eine Umwandlung der Energie von einer nützlicheren in eine weniger nützliche Form.
Definition einer nichtkonservativen Kraft
Tipps
Eine nicht konservative Kraft führt zu keiner gespeicherten Energie.
Die Arbeit von a nicht konservativ Kraft hängt vom eingeschlagenen Weg ab; je länger der Weg, desto mehr Wärmeenergie wird an die Umgebung abgegeben. Diese Energie kann nicht vollständig wiederverwendet werden (selbst wenn ein Teil davon beibehalten würde, könnten 100 Prozent davon nicht für weitere Arbeit wiederverwendet werden).
Da der Energieerhaltungssatz vorschreibt, dass die Gesamtenergie in einem geschlossenen System nicht ändern, muss die von nichtkonservativen Kräften geleistete Gesamtarbeit gleich der Änderung der mechanischen Energie der System. Mit anderen Worten, die gesamte Energie, die in einem geschlossenen System "verloren" geht, ist das Ergebnis nicht konservativer Kräfte.
Im Gegensatz dazu a konservative Kraft führt zu Arbeit, die potentielle Energie speichert, die später wiederverwendet werden kann. Die von einer konservativen Kraft geleistete Netzarbeit und damit die Menge der gespeicherten Energie hängt von der Gesamtheit des Objekts ab Verschiebung in einer geraden Linie statt zurückgelegter Entfernung - es ist pfadunabhängig.
Beispiele für nichtkonservative Kräfte Force
Reibung und Luftwiderstand (was eigentlich eine andere Form von Reibung ist) führen beide zu Wärmeenergie, Schallenergie und möglicherweise Oberflächendeformationen, die alle aus dem System "verloren" gehen und daher Energie darstellen, die es nicht kann Wiederverwendung.
Wenn beispielsweise ein Felsbrocken von einer Klippe fällt, erfährt er auf dem Weg nach unten die Kraft des Luftwiderstands. Der Luftwiderstand erzeugt Wärme und Schall, beides Formen thermischer Energie, die an die Umgebung abgegeben werden. Daher werden nicht konservative Kräfte manchmal als dissipative Kräfte.
Wenn der Felsbrocken auf den Boden trifft, führt die Reibungskraft, die er mit der Oberfläche fühlt, zu mehr Hitze und Geräuschen sowie zu einem großen Krater im Boden. Der Felsbrocken kann die verlorene Wärme oder den Schall nicht zurückgewinnen, noch wird der Boden in seine ursprüngliche Form zurückprallen.
Warum nicht-konservative Kräfte wichtig sind
Nichtkonservative Kräfte (und der Energieerhaltungssatz) erklären, warum Perpetuum Mobile nicht möglich sind!
In einer Welt voller Reibung wandeln sich potentielle Energie und kinetische Energie nicht immer sauber hin und her. Solange ein Objekt in Bewegung ist, wird immer ein Teil der Gesamtmenge durch nichtkonservative Reibungskräfte in Wärme umgewandelt. Daraus folgt, dass die Menge aller Energie im Universum in Form von Wärme ist immer steigend und schließlich wird keine nutzbare Energie mehr übrig bleiben. Dies wird manchmal als "Hitzetod" des Universums bezeichnet.
Somit ist ein Perpetuum Mobile – oder eine solche Erfindung der „endlosen Energie“ – physikalisch unmöglich, da nicht alle Kräfte konservativ sind.
Konservative vs. nicht-konservative Kräfte
Im Gegensatz dazu sind konservative Kräfte Kräfte, bei denen die Arbeit, die beim Bewegen von Punkt A nach Punkt B geleistet wird, wegunabhängig ist. Konservative Kräfte umfassen die Gravitationskraft und elastische Kräfte wie die Federkraft.