Quand quelqu'un soulève une tasse de café de la table, il travaillecontre la gravité.Une fois que la tasse n'est plus sur la table, mais dans les airs, elle a stocké de l'énergie potentielle. Si l'on lâchait, il tomberait.
La force de gravité est un exemple deForce conservatrice. D'autres forces autour de nous stockent également de l'énergie dans un système en maintenant des objets dans une configuration particulière qui entraînera un mouvement, transformant l'énergie stockée en énergie cinétique, une fois libérée.
L'énergie cinétique et potentielle totale dans un système est appelée énergie mécanique totale du système. L'énergie totale est la somme de l'énergie mécanique et thermique et d'autres formes d'énergie.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Les forces conservatrices entraînent une énergie potentielle stockée.
Définition d'une force conservatrice
Regarde cette tasse de café. Si la coupe est lancée vers le haut plus haut que la taille de la personne avant d'être prise dans ses mains à hauteur de taille, ou si elle est simplement soulevée jusqu'à la hauteur de la taille, la quantité d'énergie potentielle gravitationnelle que la tasse contient à la fin reste la même. Il aura la même chute s'il tombe de la hauteur de la taille dans les deux cas.
En d'autres termes, la quantité d'énergie potentielle qu'un objet gagne en subissant une force conservatrice estindépendant du chemin: cela ne dépend que de l'objetdéplacement final (la différence entre la position finale et la position initiale), et non la distance totale parcourue. Alors que dans le premier cas la coupe a voyagéplus loin au totaldu point a au point b – monter, s'arrêter instantanément puis redescendre jusqu'aux mains qui l'a attrapé - il a quand même commencé et s'est terminé dans les mêmes positions que la tasse qui a simplement été soulevée en haut. Cela rend le changement total de l'énergie potentiellede la force de gravitépour chaque tasse la même chose.
En revanche, une force non conservatrice n'entraîne pas de stockage d'énergie. Au lieu de cela, l'énergie utilisée par une force non conservatrice pour faire le travailse dissipe dans l'environnement sous forme de chaleur (énergie thermique) et ne peut pas être réutilisé.
Une autre définition courante d'une force conservatrice est celle dans laquelle le travail net effectué dans un chemin fermé est nul. Un chemin fermé est un chemin dans lequel l'objet commence et se termine dans la même position (son déplacement est nul). Parce quetravailen physique est la forceFagissant sur un objet multiplié par son déplacementré
W=Fd
il s'ensuit que si le déplacement d'un objet est nul, le travail total l'est aussi. La force qui l'a déplacé devait donc être conservatrice.
Exemples de forces conservatrices
Comme la gravité, d'autres forces conservatrices provoquent un changement dans la position d'un objet qui se traduit par un stockage d'énergie. Par exemple, la force du ressort dans un jouet enroulé comme un Slinky ou une flèche tirée en arrière sur un arc sont des forces conservatrices, tout comme l'électrostatique forces retenant deux particules chargées à une certaine distance l'une de l'autre, ou les forces magnétiques retenant les pôles nord et sud ou deux barres magnétiques une part.
Dès que les objets sont « lâchés » dans l'un de ces cas, ils se déplaceront. Le Slinky apparaîtra, la flèche volera vers la cible ou les particules s'attireront ou se repousseront.
Pourquoi les forces conservatrices sont importantes
Les forces conservatrices permettent aux humains de stocker de l'énergie qui peut ensuite être utilisée de manière utile. Ils sont une source d'énergie réutilisable - un objet peut être soulevé du sol pour que la force gravitationnelle agisse dessus encore et encore, et un arc et une flèche peuvent être placés et relâchés plusieurs fois.
Bien sûr, dans le monde réel, les forces conservatrices n'existent pas isolément. Dans chacune des situations décrites ici,une partie de l'énergie est toujours dissipée sous forme de chaleur par la force de frottement, une force non conservatrice, et n'est plus capable de retourner directement à l'énergie stockée dans ce système.
Les forces conservatrices elles-mêmes ne sont pas non plus illimitées. À un moment donné, un ressort étiré atteindra sa limite élastique et se cassera. Une tasse de café tombée trop haut se brisera de manière irréparable. Mais avec une solide compréhension des limites de ces objets, un physicien ou un ingénieur peut fabriquer des barrages, des horloges grand-père, des batteries de voiture et une myriade d'autres appareils qui peuvent faire des choses utiles.
