非保存力:それは何であり、なぜそれが重要なのか(例付き)

曲がりくねったルートを走行している車は、おそらく途中で複数の停車地があり、ポイントAからBまでのまっすぐな高速道路を通る車よりも早くタイヤが摩耗します。

これはタイヤが 摩擦力 彼らは常に道路と接触しています。 旅が長ければ長いほど、摩擦が大きくなり、したがってより多くなります 熱エネルギー、または 、それは生成され、環境に失われます。

摩擦による熱は、車が仕事を続けるために利用できなくなりました。それを続ける唯一の方法は、燃料を追加することです。 したがって、摩擦力 持っている蓄積されたエネルギーは発生しませんでした. 実際、それは逆の何かをもたらしました–より有用な形からあまり有用でない形へのエネルギーの変換。

非保存力の定義

チップ

  • 非保守的な力 蓄積されたエネルギーは発生しません.

によって行われた作業 非保守的 力はとられる経路に依存します。 パスが長いほど、周囲の環境に放散される熱エネルギーが多くなります。 このエネルギーを完全に再利用することはできません(一部が保持されていても、100%をそれ以上の作業に再利用することはできません)。

なぜなら、エネルギー保存の法則は、閉鎖系の総エネルギーができないことを示しているからです。 変化、非保存力によって行われる総仕事は、の機械的エネルギーの変化と等しくなければなりません システム。 言い換えると、 閉鎖系で「失われる」すべてのエネルギーは、非保存力の結果です。.

対照的に、 保存力 後で再利用できる位置エネルギーを蓄える仕事になります。 保存力によって行われるネットワーク、したがって蓄積されたエネルギーの量は、オブジェクトの合計に依存します 変位 移動距離ではなく直線で-それは パスに依存しない.

非保存力の例

摩擦と空気抵抗(これは実際には別の形の摩擦です)は両方とも、熱エネルギー、音響エネルギー、および おそらく表面の変形。これらはすべてシステムから「失われ」、したがってそれができないエネルギーを表します。 再利用。

たとえば、岩が崖から落ちると、降りる途中で空気抵抗の力が発生します。 空気抵抗は熱と音を生成し、どちらも環境に放散する熱エネルギーの形態です。 したがって、非保存力は時々 散逸力.

岩が地面にぶつかると、表面との摩擦力によって熱と音が増し、地面に大きなクレーターができます。 岩は失われた熱や音を取り戻すことはできず、地面は元の形に戻ることもありません。

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非保存力が重要な理由

非保存力(およびエネルギー保存の法則)は、永久機関が不可能な理由を説明しています!

摩擦に満ちた世界では、位置エネルギーと運動エネルギーが常にきちんと前後に変換されるとは限りません。 オブジェクトが動いている限り、全体の一部は常に非保存的な摩擦力から熱に変換されます。 したがって、熱の形で宇宙のすべてのエネルギーの量は 常に増加 そして、最終的には、これ以上有用なエネルギーは残りません。 これは、宇宙の「熱的死」と呼ばれることもあります。

したがって、すべての力が保存的であるとは限らないため、永久機関、またはそのような「無限のエネルギー」の発明は物理的に不可能です。

保存力と非保存力

対照的に、保存力は、ポイントAからポイントBに移動する際に行われる作業量がパスに依存しない力です。 保存力には、重力やばね力などの弾性力が含まれます。

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