Kad kāds paceļ kafijas tasīti no galda, viņi strādāpret gravitāciju.Kad kauss vairs nav uz galda, bet gaiss, tas ir uzkrājis potenciālo enerģiju. Ja to atlaistu, tas nokristu.
Gravitācijas spēks ir a piemērskonservatīvais spēks. Citi spēki ap mums līdzīgi glabā enerģiju sistēmā, turot objektus noteiktā konfigurācijā, kas izraisīs kustību, pārveidojot uzkrāto enerģiju par kinētisko enerģiju, kad tā būs atbrīvota.
Kopējo kinētisko un potenciālo enerģiju sistēmā sauc par sistēmas kopējo mehānisko enerģiju. Kopējā enerģija ir mehāniskās enerģijas un siltuma un citu enerģijas veidu summa.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Konservatīvo spēku rezultātā tiek saglabāta potenciālā enerģija.
Konservatīvo spēku definīcija
Apskatiet to kafijas tasi vēlreiz. Vai kauss ir iemests uz augšu augstāk par cilvēka vidukli, pirms tas tiek satverts rokās jostas augstumā, vai tas ir tiek vienkārši pacelts taisni līdz vidukļa augstumam, gravitācijas potenciālās enerģijas daudzums, ko kauss satur beigās, paliek tāpat. Tam būs tāds pats kritiens, ja abos gadījumos tas nokritīs no vidukļa augstuma.
Citiem vārdiem sakot, potenciālās enerģijas daudzums, ko objekts iegūst, piedzīvojot konservatīvu spēkuneatkarīgs no ceļa: tas ir atkarīgs tikai no objektagalīgā pārvietošanās (starpība starp galīgo un sākotnējo stāvokli), nevis kopējais nobrauktais attālums. Kamēr pirmajā gadījumā kauss ceļojatālāk kopāno punkta a līdz punktam b - virzīšanās uz augšu, acumirklī apstājoties un pēc tam nokrītot līdz rokām tas to noķēra - tas joprojām sākās un beidzās tādās pašās pozīcijās kā vienkārši paceltais kauss uz augšu. Tas padara potenciālās enerģijas kopējās izmaiņasno smaguma spēkapar katru kausu tas pats.
Turpretī nekonservatīvs spēks neizraisa uzkrāto enerģiju. Tā vietā enerģija, ko darba veikšanai izmanto nekonservatīvs spēksizkliedējas kā siltumu (siltumenerģiju) un to nevar atkārtoti izmantot.
Vēl viena izplatīta konservatīva spēka definīcija ir tāda, ka slēgtajā ceļā veiktais tīrais darbs ir nulle. Slēgts ceļš ir tāds, kurā objekts sākas un beidzas tajā pašā stāvoklī (tā pārvietojums ir nulle). Tā kādarbsfizikā ir spēksFiedarbojoties uz objektu, tā ir reizināta ar pārvietošanosd
W = Fd
no tā izriet, ka, ja objekta pārvietojums ir nulle, tas ir arī kopējais darbs. Spēks, kas to pārvietoja, tad noteikti bija konservatīvs.
Konservatīvo spēku piemēri
Tāpat kā gravitācija, arī citi konservatīvie spēki izraisa objekta stāvokļa izmaiņas, kā rezultātā tiek uzkrāta enerģija. Piemēram, atsperes spēks saritinātā rotaļlietā, piemēram, Slinky, vai bultiņa, ko velk atpakaļ uz priekšgala, ir konservatīvi spēki, tāpat kā elektrostatiskais spēks. spēki, kas notur divas uzlādētas daļiņas zināmā attālumā viens no otra, vai magnētiskie spēki, kas tur ziemeļu un dienvidu polu vai divus stieņu magnētus atsevišķi.
Tiklīdz objekti tiek "atlaisti" jebkurā no šiem gadījumiem, tie pārvietosies. Slinky parādīsies, bultiņa lidos uz mērķi vai daļiņas piesaistīs vai atgrūdīs.
Kāpēc konservatīvajiem spēkiem ir nozīme
Konservatīvie spēki ļauj cilvēkiem uzkrāt enerģiju, kuru vēlāk var izmantot lietderīgi. Tie ir atkārtoti izmantojamas enerģijas avots - objektu var pacelt no zemes, lai gravitācijas spēks uz to iedarbotos atkal un atkal, un loku un bultu var iestatīt un atlaist vairākas reizes.
Protams, reālajā laikā konservatīvie spēki nepastāv atsevišķi. Katrā no šeit aprakstītajām situācijāmzināma enerģija vienmēr tiek izkliedēta kā berze no siltuma, nekonservatīvs spēks un vairs nespēj tieši atgriezties pie uzkrātās enerģijas šajā sistēmā.
Arī paši konservatīvie spēki nav neierobežoti. Kādā brīdī izstiepts atspere sasniegs elastības robežu un salūzt. Kafijas tasīte, kas nokritusi no pārāk augstas, sagrauzīs bez remonta. Bet, labi izprotot šo objektu robežas, fiziķis vai inženieris var izgatavot aizsprostus, vectēva pulksteņus, automašīnas akumulatorus un neskaitāmas citas ierīces, kas var darīt noderīgas lietas.