Wanneer iemand een koffiekopje van de tafel tilt, zijn ze aan het werktegen de zwaartekracht in.Zodra het kopje niet meer op tafel staat, maar in de lucht, heeft het potentiële energie opgeslagen. Als het los zou laten, zou het vallen.
De zwaartekracht is een voorbeeld van aConservatieve kracht. Andere krachten om ons heen slaan energie op dezelfde manier op in een systeem door objecten in een bepaalde configuratie te houden die zal resulteren in beweging, waarbij de opgeslagen energie wordt omgezet in kinetische energie, zodra deze is vrijgegeven.
De totale kinetische en potentiële energie in een systeem wordt de totale mechanische energie van het systeem genoemd. De totale energie is de som van de mechanische energie en thermische en andere vormen van energie.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Conservatieve krachten resulteren in opgeslagen potentiële energie.
Definitie van een conservatieve kracht
Kijk nog eens naar dat koffiekopje. Of de beker nu hoger dan het middel van de persoon omhoog wordt gegooid voordat hij ter hoogte van zijn middel in zijn handen wordt gegrepen, of dat het wordt eenvoudig recht omhoog getild tot heuphoogte, de hoeveelheid potentiële zwaartekrachtenergie die de beker aan het einde bevat, blijft de dezelfde. Het zal in beide gevallen dezelfde val hebben als het vanaf heuphoogte valt.
Anders gezegd, de hoeveelheid potentiële energie die een object krijgt door het ervaren van een conservatieve kracht is:padonafhankelijk: het hangt alleen af van het objectdefinitieve verplaatsing (het verschil tussen eindpositie en beginpositie), niet de totale afgelegde afstand. Terwijl in het eerste geval de beker reisdeverder in totaalvan punt a naar punt b - omhoog bewegen, onmiddellijk stoppen en dan naar beneden vallen in de handen die het ving - het begon en eindigde nog steeds in dezelfde posities als de beker die gewoon werd opgetild omhoog. Dat maakt de totale verandering in potentiële energievan de zwaartekrachtvoor elk kopje hetzelfde.
Daarentegen resulteert een niet-conservatieve kracht niet in opgeslagen energie. In plaats daarvan, de energie die door een niet-conservatieve kracht wordt gebruikt om werk te doenvervliegt naar de omgeving als warmte (thermische energie) en kan niet worden hergebruikt.
Een andere veel voorkomende definitie van een conservatieve kracht is er een waarin de netto arbeid in een gesloten pad nul is. Een gesloten pad is een pad waarin het object begint en eindigt in dezelfde positie (de verplaatsing is nul). Omdatwerkin de natuurkunde is de krachtFinwerken op een object maal zijn verplaatsingd
W=Fd
hieruit volgt dat als de verplaatsing van een object nul is, de totale arbeid dat ook is. De kracht die het bewoog, moet dus conservatief zijn geweest.
Voorbeelden van conservatieve krachten
Net als de zwaartekracht veroorzaken andere conservatieve krachten een verandering in de positie van een object die resulteert in opgeslagen energie. Bijvoorbeeld, de kracht van de veer in een opgerold speelgoed zoals een Slinky of een pijl die wordt teruggetrokken op een boog zijn conservatieve krachten, net als de elektrostatische krachten die twee geladen deeltjes op enige afstand van elkaar houden, of de magnetische krachten die de Noord- en Zuidpool vasthouden of twee staafmagneten deel.
Zodra de objecten in een van deze gevallen "losgelaten" worden, zullen ze bewegen. De Slinky komt tevoorschijn, de pijl vliegt naar het doel of de deeltjes zullen aantrekken of afstoten.
Waarom conservatieve krachten ertoe doen?
Conservatieve krachten stellen mensen in staat energie op te slaan die later nuttig kan worden gebruikt. Ze zijn een bron van herbruikbare energie - een object kan van de grond worden getild zodat de zwaartekracht er steeds weer op inwerkt, en een pijl en boog kan meerdere keren worden ingesteld en losgelaten.
In de echte wereld bestaan conservatieve krachten natuurlijk niet geïsoleerd. In elk van de hier beschreven situaties,er wordt altijd wat energie afgevoerd als warmte door de wrijvingskracht, een niet-conservatieve kracht, en niet langer in staat om rechtstreeks terug te keren naar de opgeslagen energie in dat systeem.
Ook zijn conservatieve krachten zelf niet grenzeloos. Op een gegeven moment zal een uitgerekte veer zijn elastische limiet bereiken en breken. Een koffiekopje dat van te hoog valt, valt onherstelbaar uiteen. Maar met een goed begrip van de limieten van deze objecten, kan een natuurkundige of ingenieur dammen, staande klokken, autobatterijen en talloze andere apparaten maken die nuttige dingen kunnen doen.