Когда кто-то поднимает чашку кофе со стола, они работают.против силы тяжести.Как только чашка оказывается не на столе, а в воздухе, она накапливает потенциальную энергию. Если отпустить, он упадет.
Сила тяжести - это примерконсервативная сила. Другие силы вокруг нас аналогичным образом накапливают энергию в системе, удерживая объекты в определенной конфигурации, которая приводит к движению, преобразуя накопленную энергию в кинетическую энергию после высвобождения.
Полная кинетическая и потенциальная энергия в системе называется полной механической энергией системы. Полная энергия - это сумма механической энергии, тепловой и других форм энергии.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
Консервативные силы приводят к накоплению потенциальной энергии.
Определение консервативной силы
Взгляни еще раз на эту кофейную чашку. Подбрасывается ли чаша вверх выше талии человека до того, как ее поймают руками на уровне талии, или просто поднимается прямо до уровня талии, количество гравитационной потенциальной энергии, содержащейся в чашке на конце, остается неизменным. одно и тоже. У него будет такое же падение, если оно упадет с высоты талии в любом случае.
Другими словами, количество потенциальной энергии, которую объект получает от воздействия консервативной силы, равнонезависимый от пути: это зависит только от объектаокончательное смещение (разница между конечным положением и исходным положением), а не общее пройденное расстояние. Хотя в первом случае чашка путешествоваладальше в целомиз точки а в точку б - движение вверх, мгновенная остановка и затем падение на руки который поймал его - он все еще начинался и заканчивался в тех же положениях, что и чашка, которую просто подняли вверх. Это приводит к полному изменению потенциальной энергииот силы тяжестина каждую чашку то же самое.
Напротив, неконсервативная сила не приводит к накопленной энергии. Вместо этого энергия, используемая неконсервативными силами для выполнения работырассеивается в окружающую среду в виде тепла (тепловой энергии) и не может быть повторно использован.
Другое распространенное определение консервативной силы - это такое, в котором чистая работа, выполненная на замкнутом пути, равна нулю. Замкнутый путь - это путь, в котором объект начинается и заканчивается в одном и том же положении (его смещение равно нулю). Так какРаботав физике силаFвоздействуя на объект, умноженное на его перемещениеd
W = Fd
из этого следует, что если смещение объекта равно нулю, то и общая работа равна нулю. Следовательно, сила, которая двигала им, должна была быть консервативной.
Примеры консервативных сил
Как и гравитация, другие консервативные силы вызывают изменение положения объекта, что приводит к накоплению энергии. Например, сила пружины в свернутой в спираль игрушке, такой как Slinky, или стрела, тянутая назад на луке, являются консервативными силами, как и электростатическая сила. силы, удерживающие две заряженные частицы на некотором расстоянии друг от друга, или магнитные силы, удерживающие северный и южный полюса, или два стержневых магнита отдельно.
Как только объекты «отпустят» в любом из этих случаев, они начнут двигаться. Появится Slinky, стрелка полетит к цели, или частицы будут притягиваться или отталкиваться.
Почему консервативные силы имеют значение
Консервативные силы позволяют людям накапливать энергию, которую впоследствии можно использовать для полезной работы. Они являются источником многоразовой энергии - объект можно поднять над землей, чтобы гравитационная сила действовала на него снова и снова, а лук и стрелы можно устанавливать и отпускать несколько раз.
Конечно, в реальной жизни консервативные силы не существуют изолированно. В каждой из описанных здесь ситуацийнекоторая энергия всегда рассеивается в виде тепла от силы трения, неконсервативная сила, и больше не может напрямую возвращаться к накопленной энергии в этой системе.
Не безграничны и сами консервативные силы. В какой-то момент растянутая пружина достигнет предела упругости и сломается. Чашка кофе, упавшая слишком высоко, разлетится на части и не подлежит ремонту. Но с твердым пониманием границ этих объектов физик или инженер может создать дамбы, дедушкины часы, автомобильные аккумуляторы и множество других устройств, которые могут делать полезные вещи.