כוחות לא שמרניים: מה זה ולמה זה חשוב (עם דוגמאות)

מכונית שנוסעת על מסלול מפותל, אולי עם מספר עצירות בדרך, תישש את צמיגיה מהר יותר מכזו שעוברת בדרך המהירה הישר מנקודה א 'עד ב'.

הסיבה לכך היא שהצמיגים מרגישים את כוח חיכוך בכל רגע שהם נמצאים במגע עם הכביש; ככל שהדרך ארוכה יותר, כך יותר חיכוכים וכך יותר אנרגיית תרמית, או חוֹם, שנוצר ואבד לאיכות הסביבה.

החום מחיכוך כבר אינו זמין לרכב להמשיך ולעבוד - הדרך היחידה להמשיך בכך היא להוסיף דלק. כך כוח החיכוך יש ללא הביא לאנרגיה מאוחסנת כלשהי. למעשה, זה הביא למשהו הפוך - הפיכת אנרגיה מצורה שימושית יותר לצורה פחות שימושית.

• כוח לא שמרני אינו גורם לאנרגיה מאוחסנת כלשהי.

העבודה שנעשתה על ידי א לא שמרני כוח תלוי בדרך שעברה; ככל שהדרך ארוכה יותר כך האנרגיה התרמית המופזרת לסביבה שמסביב. לא ניתן לעשות שימוש חוזר באנרגיה זו לחלוטין (גם אם חלק ממנה נשמר, לא ניתן היה לעשות בה שימוש 100 אחוז ממנה לעוד עבודה).

מכיוון שחוק שימור האנרגיה מכתיב שסך האנרגיה במערכת סגורה לא יכולה שינוי, העבודה הכוללת שנעשתה על ידי כוחות שאינם שמרניים חייבת להיות שווה לשינוי האנרגיה המכנית של מערכת. במילים אחרות, כל האנרגיה ש"אבודה "במערכת סגורה היא תוצאה של כוחות לא שמרניים.

לעומת זאת, א כוח שמרני מביא לעבודה המאחסנת אנרגיה פוטנציאלית שניתן יהיה לעשות בה שימוש חוזר מאוחר יותר. העבודה נטו שנעשה על ידי כוח שמרני, וכך כמות האנרגיה המאוחסנת, תלויה בסך הכל של האובייקט תְזוּזָה בקו ישר ולא בנסיעה - זה כן דרך עצמאית.

חיכוך ועמידות באוויר (שהיא באמת צורה אחרת של חיכוך) שניהם גורמים לאנרגיה תרמית, אנרגיית קול ו יתכן ועיוותי שטח, שכולם "אבודים" מהמערכת ולכן הם מייצגים אנרגיה שהיא לא יכולה שימוש חוזר.

לדוגמא, כאשר סלע נופל מצוק, הוא חווה את כוח ההתנגדות האווירית בדרך למטה. עמידות האוויר מייצרת חום וקול, שתי צורות של אנרגיה תרמית המתפוגגות לסביבה. לפיכך, לעיתים מכונים כוחות שאינם שמרניים כוחות פיזור.

כאשר הסלע פוגע בקרקע, כוח החיכוך שהוא מרגיש עם המשטח גורם ליותר חום וצליל, בתוספת מכתש גדול בקרקע. הסלע אינו יכול להחזיר את החום או את הצליל שאבד, וגם הקרקע לא תקפוץ חזרה לצורתו המקורית.

כוחות שאינם שמרניים (וחוק שימור האנרגיה) מסבירים מדוע מכונות לתנועה תמידית אינן אפשריות!

בעולם מלא חיכוכים, אנרגיה פוטנציאלית ואנרגיה קינטית לא תמיד ממירים בצורה קדימה ואחורה. כל עוד אובייקט נמצא בתנועה, חלק מהסך הכל יהפוך תמיד לחום מכוחות חיכוך לא שמרניים. מכאן נובע שכמות כל האנרגיה ביקום בצורת חום היא תמיד גדל ובסופו של דבר לא תישאר אנרגיה שימושית יותר. לפעמים מכנים את זה "מוות החום" של היקום.

לפיכך, מכונת תנועה תמידית - או כל המצאה "אנרגטית אינסופית" כזו - היא בלתי אפשרית מבחינה פיזית, מכיוון שלא כל הכוחות שמרניים.

לעומת זאת, כוחות שמרניים הם כוחות שעבודתם הנעשית מנקודה A לנקודה B אינה תלויה בדרכים. כוחות שמרניים כוללים את כוח הכבידה וכוחות אלסטיים כמו כוח האביב.