Όταν κάποιος σηκώνει ένα φλιτζάνι καφέ από το τραπέζι, δουλεύειενάντια στη βαρύτητα.Μόλις το κύπελλο δεν είναι πλέον πάνω στο τραπέζι, αλλά στον αέρα, έχει αποθηκεύσει πιθανή ενέργεια. Αν το αφήσεις, θα πέσει.
Η δύναμη της βαρύτητας είναι ένα παράδειγμα ασυντηρητική δύναμη. Άλλες δυνάμεις γύρω μας αποθηκεύουν παρόμοια ενέργεια σε ένα σύστημα κρατώντας αντικείμενα σε μια συγκεκριμένη διαμόρφωση που θα οδηγήσει σε κίνηση, μετατρέποντας την αποθηκευμένη ενέργεια σε κινητική ενέργεια, μόλις απελευθερωθεί.
Η συνολική κινητική και δυνητική ενέργεια σε ένα σύστημα αναφέρεται ως η συνολική μηχανική ενέργεια του συστήματος. Η συνολική ενέργεια είναι το άθροισμα της μηχανικής ενέργειας και της θερμικής και άλλων μορφών ενέργειας.
TL; DR (Πάρα πολύ καιρό; Δεν διαβάστηκε)
Οι συντηρητικές δυνάμεις οδηγούν σε αποθηκευμένη δυνητική ενέργεια.
Ορισμός μιας Συντηρητικής Δύναμης
Ρίξτε ξανά μια ματιά σε αυτό το φλιτζάνι καφέ. Είτε το κύπελλο πετιέται προς τα πάνω υψηλότερα από τη μέση του ατόμου πριν πιάσει στα χέρια του στο ύψος της μέσης, ή αν είναι απλώς ανυψώνεται κατ 'ευθείαν στο ύψος της μέσης, η ποσότητα της δυναμικής βαρυτικής ενέργειας που περιέχει το κύπελλο στο τέλος παραμένει η ίδιο. Θα έχει την ίδια πτώση εάν πέσει από το ύψος της μέσης και στις δύο περιπτώσεις.
Με άλλα λόγια, η ποσότητα της πιθανής ενέργειας που κερδίζει ένα αντικείμενο από την εμπειρία μιας συντηρητικής δύναμης είναιανεξάρτητα από το μονοπάτι: εξαρτάται μόνο από το αντικείμενοτελική μετατόπιση (η διαφορά μεταξύ τελικής θέσης και αρχικής θέσης), όχι η συνολική απόσταση που διανύθηκε. Ενώ στην πρώτη περίπτωση το κύπελλο ταξίδεψεμακρύτερα συνολικάαπό το σημείο α στο σημείο β - κινείται προς τα πάνω, σταματά αμέσως και στη συνέχεια πέφτει κάτω στα χέρια που το έπιασε - ξεκίνησε και τελείωσε στις ίδιες θέσεις με το κύπελλο που απλώς ανυψώθηκε πάνω. Αυτό κάνει τη συνολική αλλαγή στη δυνητική ενέργειααπό τη δύναμη της βαρύτηταςγια κάθε φλιτζάνι το ίδιο.
Αντιθέτως, μια μη συντηρητική δύναμη δεν οδηγεί σε αποθηκευμένη ενέργεια. Αντ 'αυτού, η ενέργεια που χρησιμοποιείται από μια μη συντηρητική δύναμη για να κάνει δουλειάδιαλύει στο περιβάλλον ως θερμότητα (θερμική ενέργεια) και δεν μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί.
Ένας άλλος κοινός ορισμός μιας συντηρητικής δύναμης είναι εκείνος στον οποίο η καθαρή εργασία που γίνεται σε κλειστή διαδρομή είναι μηδέν. Μια κλειστή διαδρομή είναι εκείνη στην οποία το αντικείμενο ξεκινά και τελειώνει στην ίδια θέση (η μετατόπιση του είναι μηδέν). Επειδήεργασίαστη φυσική είναι η δύναμηφάενεργεί πάνω σε ένα αντικείμενο επί τη μετατόπιση τουρε
W = Fd
Επομένως, εάν η μετατόπιση ενός αντικειμένου είναι μηδενική, το ίδιο ισχύει και για τη συνολική εργασία. Η δύναμη που την κίνησε, τότε, πρέπει να ήταν συντηρητική.
Παραδείγματα Συντηρητικών Δυνάμεων
Όπως η βαρύτητα, άλλες συντηρητικές δυνάμεις προκαλούν μια αλλαγή στη θέση ενός αντικειμένου που οδηγεί σε αποθηκευμένη ενέργεια. Για παράδειγμα, η δύναμη του ελατηρίου σε ένα κουλουριασμένο παιχνίδι όπως ένα Slinky ή ένα βέλος που τραβιέται πίσω σε ένα τόξο είναι συντηρητικές δυνάμεις, όπως και οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις που συγκρατούν δύο φορτισμένα σωματίδια σε κάποια απόσταση το ένα από το άλλο, ή οι μαγνητικές δυνάμεις που συγκρατούν τους βόρειους και νότιους πόλους ή δύο μαγνήτες ράβδων χώρια.
Μόλις τα αντικείμενα "αφήσουν" σε οποιαδήποτε από αυτές τις περιπτώσεις, θα μετακινηθούν. Το Slinky θα εμφανιστεί, το βέλος θα πετάξει στον στόχο ή τα σωματίδια θα προσελκύσουν ή θα απωθούν.
Γιατί έχουν σημασία οι Συντηρητικές Δυνάμεις
Οι συντηρητικές δυνάμεις επιτρέπουν στους ανθρώπους να αποθηκεύουν ενέργεια που μπορεί αργότερα να τεθεί σε χρήσιμη εργασία. Αποτελούν πηγή επαναχρησιμοποιήσιμης ενέργειας - ένα αντικείμενο μπορεί να υψωθεί από το έδαφος, ώστε η βαρυτική δύναμη να δράσει πάνω της ξανά και ξανά, και ένα τόξο και βέλος μπορεί να ρυθμιστεί και να απελευθερωθεί πολλές φορές.
Φυσικά, στον πραγματικό κόσμο, οι συντηρητικές δυνάμεις δεν υπάρχουν μεμονωμένα. Σε καθεμία από τις καταστάσεις που περιγράφονται εδώ,κάποια ενέργεια διαχέεται πάντα ως θερμότητα από τη δύναμη της τριβής, μια μη συντηρητική δύναμη, και δεν είναι πλέον σε θέση να επιστρέψει απευθείας στην αποθηκευμένη ενέργεια σε αυτό το σύστημα.
Ούτε οι ίδιες οι συντηρητικές δυνάμεις είναι απεριόριστες. Σε κάποιο σημείο, ένα τεντωμένο ελατήριο θα φθάσει στο ελαστικό του όριο και θα σπάσει. Ένα φλιτζάνι καφέ που πέφτει πολύ ψηλά θα σπάσει πέρα από την επισκευή. Αλλά με μια σταθερή κατανόηση των ορίων αυτών των αντικειμένων, ένας φυσικός ή μηχανικός μπορεί να φτιάξει φράγματα, ρολόγια παππούδων, μπαταρίες αυτοκινήτων και πολλές άλλες συσκευές που μπορούν να κάνουν χρήσιμα πράγματα.