Kun joku nostaa kahvikupin pöydältä, he työskentelevätpainovoimaa vastaan.Kun kuppi ei ole enää pöydällä, vaan ilmassa, se on varannut potentiaalista energiaa. Jos päästetään irti, se putoaa.
Painovoima on esimerkki a: stakonservatiivinen voima. Muut ympärillämme olevat voimat varastavat samalla tavalla energiaa järjestelmään pitämällä esineitä tietyssä kokoonpanossa, joka johtaa liikkeeseen ja muuttaa varastoidun energian kineettiseksi energiaksi, kun se on vapautettu.
Kineettistä ja potentiaalista energiaa järjestelmässä kutsutaan järjestelmän mekaaniseksi kokonaisenergiaksi. Kokonaisenergia on mekaanisen energian, lämpöenergian ja muiden energiamuotojen summa.
TL; DR (liian pitkä; Ei lukenut)
Konservatiiviset voimat johtavat varastoituun potentiaaliseen energiaan.
Määritelmä konservatiivinen voima
Katso kahvikuppi uudelleen. Heitetäänkö kuppi ylöspäin henkilön vyötäröä korkeammalle, ennen kuin se tarttuu käsiin vyötärön korkeudella, vai onko se nostetaan yksinkertaisesti suoraan vyötärön korkeuteen, kupin lopussa oleva gravitaatiopotentiaalienergian määrä pysyy sama. Sillä on sama lasku, jos se putoaa vyötärön korkeudesta kummassakin tapauksessa.
Toisin sanoen, potentiaalisen energian määrä, jonka esine saa konservatiivisen voiman kokemisesta, onpolusta riippumaton: se riippuu vain kohteen ominaisuuksistalopullinen siirtymä (ero lopullisen ja alkuperäisen sijainnin välillä), ei kuljettua kokonaismatkaa. Ensimmäisessä tapauksessa kuppi matkustikauempanapisteestä a pisteeseen b - liikkuminen ylös, pysähtyminen välittömästi ja sitten putoaminen käsiin se sai sen kiinni - se alkoi ja päättyi edelleen samoihin paikkoihin kuin yksinkertaisesti nostettu kuppi ylös. Se tekee potentiaalienergian kokonaismuutoksenpainovoimastajokaiselle kupille sama.
Sitä vastoin ei-konservatiivinen voima ei johda varastoituneeseen energiaan. Sen sijaan energia, jota ei-konservatiivinen voima käyttää työn tekemiseenhaihtuu lämpöenergiana) eikä sitä voida käyttää uudelleen.
Toinen yleinen konservatiivisen voiman määritelmä on sellainen, jossa suljetulla tiellä suoritettu nettotyö on nolla. Suljettu polku on reitti, jossa esine alkaa ja päättyy samaan asentoon (sen siirtymä on nolla). Koskatyöfysiikassa on voimaFesineeseen vaikuttaminen kertaa sen siirtymäd
W = Fd
tästä seuraa, että jos kohteen siirtymä on nolla, niin on myös koko työ. Sen liikuttaneen voiman on siis pitänyt olla konservatiivinen.
Esimerkkejä konservatiivisista voimista
Painovoiman tavoin muutkin konservatiiviset voimat aiheuttavat muutoksen kohteen sijainnissa, mikä johtaa varastoituneeseen energiaan. Esimerkiksi kelautuneen lelun kuten Slinkyn tai jouselle takaisin vedettävän nuolen jousivoima on konservatiivinen voima, samoin kuin sähköstaattinen voimat, jotka pitävät kahta varautunutta hiukkaa tietyllä etäisyydellä toisistaan, tai magneettiset voimat, jotka pitävät pohjois- ja etelänavat tai kaksi tankomagneettia toisistaan.
Heti kun esineet "päästetään irti" missä tahansa näistä tapauksista, ne liikkuvat. Slinky ilmestyy, nuoli lentää kohteeseen tai hiukkaset houkuttelevat tai hylkäävät.
Miksi konservatiivisilla voimilla on merkitystä
Konservatiiviset voimat antavat ihmisille mahdollisuuden varastoida energiaa, joka voidaan myöhemmin käyttää hyödylliseen työhön. Ne ovat uudelleenkäytettävän energian lähde - esine voidaan nostaa maasta, jotta painovoima voi vaikuttaa siihen uudestaan ja uudestaan, ja jousi ja nuoli voidaan asettaa ja vapauttaa useita kertoja.
Tietysti todellisessa vallassa konservatiivisia voimia ei ole olemassa erillään. Kussakin tässä kuvatussa tilanteessaosa energiasta haihtuu aina kitkavoimasta, ei-konservatiivinen voima, eikä se enää pysty palaamaan suoraan järjestelmän varastoituun energiaan.
Myöskään konservatiiviset voimat eivät ole rajattomia. Jossain vaiheessa venytetty jousi saavuttaa elastisen rajansa ja rikkoutuu. Liian korkealta pudotettu kahvikuppi hajottaa korjaamattomasti. Mutta kun vankka käsitys näiden esineiden rajoista, fyysikko tai insinööri voi tehdä patoja, isoisäkelloja, auton akkuja ja lukemattomia muita laitteita, jotka voivat tehdä hyödyllisiä asioita.