Når noen løfter en kaffekopp av bordet, jobber demot tyngdekraften.Når koppen ikke lenger er på bordet, men midt i luften, har den lagret potensiell energi. Hvis du slipper det, vil det falle.
Tyngdekraften er et eksempel på enkonservativ styrke. Andre krefter rundt oss lagrer på samme måte energi i et system ved å holde gjenstander i en bestemt konfigurasjon som vil resultere i bevegelse, transformere den lagrede energien til kinetisk energi, når de først er frigitt.
Den totale kinetiske og potensielle energien i et system blir referert til som systemets totale mekaniske energi. Den totale energien er summen av mekanisk energi og termisk energi og andre former for energi.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Konservative krefter resulterer i lagret potensiell energi.
Definisjon av en konservativ styrke
Ta en titt på den kaffekoppen igjen. Enten koppen kastes høyere enn midjen til personen før den blir fanget i hendene i midjehøyde, eller om den løftes rett og slett rett opp til midjehøyde, forblir mengden gravitasjonspotensial energi koppen inneholder til slutt samme. Det vil ha samme fall hvis det faller fra midjehøyde i begge tilfeller.
Sagt på en annen måte, mengden potensiell energi et objekt får ved å oppleve en konservativ styrke erstiuavhengig: det kommer bare an på objektetsendelig forskyvning (forskjellen mellom sluttposisjon og startposisjon), ikke den totale tilbakelagte avstanden. I det første tilfellet reiste koppenlenger totaltfra punkt a til punkt b - beveger oss opp, stopper øyeblikkelig og faller deretter ned til hendene som fanget det - det startet fortsatt og endte i samme posisjoner som koppen som rett og slett ble løftet opp. Det gjør den totale endringen i potensiell energifra tyngdekraftenfor hver kopp det samme.
I motsetning til dette resulterer ikke en ikke-konservativ kraft i lagret energi. I stedet fungerer energien som brukes av en ikke-konservativ styrkeforsvinner inn i omgivelsene som varme (termisk energi) og kan ikke brukes på nytt.
En annen vanlig definisjon av en konservativ styrke er en der nettoarbeidet utført i en lukket bane er null. En lukket bane er en der objektet starter og slutter i samme posisjon (forskyvningen er null). Fordiarbeidi fysikk er kraftenFvirker på et objekt ganger dets forskyvningd
W = Fd
det følger at hvis forskyvningen av et objekt er null, så er det totale arbeidet. Styrken som flyttet den, må da ha vært konservativ.
Eksempler på konservative styrker
I likhet med tyngdekraften forårsaker andre konservative krefter en endring i en objekts posisjon som resulterer i lagret energi. For eksempel er vårens kraft i et opprullet leketøy som en Slinky eller en pil som trekkes tilbake på en bue, konservative krefter, det samme er den elektrostatiske krefter som holder to ladede partikler i en viss avstand fra hverandre, eller magnetkreftene som holder nord- og sørpolen eller to stavmagneter fra hverandre.
Så snart gjenstandene er "sluppet løs" i noen av disse tilfellene, vil de bevege seg. Slinky vil dukke opp, pilen vil fly til målet, ellers vil partiklene tiltrekke seg eller frastøte.
Hvorfor konservative styrker har betydning
Konservative krefter tillater mennesker å lagre energi som senere kan brukes til nyttig arbeid. De er en kilde til gjenbrukbar energi - en gjenstand kan løftes fra bakken for at gravitasjonskraften kan virke på den om og om igjen, og en pil og bue kan settes og slippes flere ganger.
Selvfølgelig eksisterer ikke konservative krefter isolert i den virkelige wolden. I hver av situasjonene som er beskrevet her,noe energi blir alltid spredt som varme fra friksjonskraften, en ikke-konservativ styrke, og ikke lenger i stand til å returnere direkte til lagret energi i det systemet.
Konservative krefter er heller ikke ubegrensede. På et tidspunkt vil en strukket vår nå sin elastiske grense og bryte. En kaffekopp falt fra for høyt vil knuse hverandre uten reparasjon. Men med en solid forståelse av disse objektets grenser, kan en fysiker eller ingeniør lage demninger, bestefarsklokker, bilbatterier og utallige andre enheter som kan gjøre nyttige ting.