Pasukan Konservatif: Apa itu & Mengapa Penting (dengan Contoh)

Ketika seseorang mengangkat cangkir kopi dari meja, mereka sedang bekerjamelawan gravitasi​​.Setelah cangkir tidak lagi di atas meja, tetapi di udara, ia telah menyimpan energi potensial. Jika dilepaskan, itu akan jatuh.

Gaya gravitasi adalah contoh dari akekuatan konservatif. Gaya lain di sekitar kita juga menyimpan energi dalam sistem dengan menahan benda dalam konfigurasi tertentu yang akan menghasilkan gerakan, mengubah energi yang tersimpan menjadi energi kinetik, setelah dilepaskan.

Energi kinetik dan potensial total dalam suatu sistem disebut sebagai energi mekanik total sistem. Energi total adalah jumlah dari energi mekanik dan termal dan bentuk energi lainnya.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Gaya konservatif menghasilkan energi potensial yang tersimpan.​

Lihatlah cangkir kopi itu lagi. Apakah cangkir dilempar ke atas lebih tinggi dari pinggang orang tersebut sebelum ditangkap di tangan mereka setinggi pinggang, atau apakah cangkir itu hanya diangkat lurus setinggi pinggang, jumlah energi potensial gravitasi yang dikandung cangkir pada akhirnya tetap sama. Ini akan memiliki kejatuhan yang sama jika turun dari ketinggian pinggang dalam kedua kasus.

Dengan kata lain, jumlah energi potensial yang diperoleh suatu benda karena mengalami gaya konservatif adalahjalur-independen: itu hanya tergantung pada objekperpindahan akhir (selisih antara posisi akhir dan posisi awal), bukan total jarak yang ditempuh. Sementara dalam kasus pertama cangkir itu bepergianlebih jauh secara totaldari titik a ke titik b – bergerak ke atas, berhenti seketika dan kemudian jatuh ke tangan yang menangkapnya – masih dimulai dan diakhiri dengan posisi yang sama dengan cangkir yang baru saja diangkat naik. Itu membuat perubahan total energi potensial potentialdari gaya gravitasiuntuk setiap cangkir sama.

Sebaliknya, gaya non-konservatif tidak menghasilkan energi yang tersimpan. Sebaliknya, energi yang digunakan oleh gaya non-konservatif untuk melakukan usahamenghilang ke lingkungan sekitarnya sebagai panas (energi termal) dan tidak dapat digunakan kembali.

Definisi umum lainnya dari gaya konservatif adalah gaya di mana kerja total yang dilakukan pada lintasan tertutup adalah nol. Lintasan tertutup adalah lintasan di mana benda berawal dan berakhir pada posisi yang sama (perpindahannya nol). Karenakerjadalam fisika adalah kekuatanFyang bekerja pada suatu benda dikali perpindahannyad​

maka jika perpindahan suatu benda adalah nol, demikian pula usaha totalnya. Kekuatan yang menggerakkannya, kemudian, pastilah konservatif.

Seperti gravitasi, gaya konservatif lainnya menyebabkan perubahan posisi benda yang menghasilkan energi yang tersimpan. Misalnya, gaya pegas dalam mainan melingkar seperti Slinky atau panah yang ditarik ke belakang pada busur adalah gaya konservatif, seperti juga gaya elektrostatik. gaya yang menahan dua partikel bermuatan pada jarak tertentu satu sama lain, atau gaya magnet yang menahan kutub Utara dan Selatan atau dua magnet batang selain.

Begitu objek "melepaskan" dalam salah satu kasus ini, mereka akan bergerak. Slinky akan muncul, panah akan terbang ke target atau partikel akan menarik atau menolak.

Gaya konservatif memungkinkan manusia untuk menyimpan energi yang nantinya dapat digunakan untuk pekerjaan yang bermanfaat. Mereka adalah sumber energi yang dapat digunakan kembali - sebuah benda dapat diangkat dari tanah agar gaya gravitasi bekerja di atasnya berulang kali, dan busur dan anak panah dapat diatur dan dilepaskan beberapa kali.

Tentu saja, di dunia nyata, kekuatan konservatif tidak berdiri sendiri. Dalam setiap situasi yang dijelaskan di sini,beberapa energi selalu hilang sebagai panas dari gaya gesekan, gaya non-konservatif, dan tidak lagi dapat langsung kembali ke energi yang tersimpan dalam sistem itu.

Kekuatan konservatif juga tidak terbatas. Pada titik tertentu, pegas yang diregangkan akan mencapai batas elastisnya dan putus. Secangkir kopi yang dijatuhkan terlalu tinggi akan hancur berkeping-keping. Tetapi dengan pemahaman yang kuat tentang batas-batas benda ini, seorang fisikawan atau insinyur dapat membuat bendungan, jam kakek, aki mobil, dan berbagai perangkat lain yang dapat melakukan hal-hal bermanfaat.