Nekonservativne sile: kaj je to in zakaj je to pomembno (z primeri)

Avtomobil, ki vozi po ovinkasti poti, morda z več postanki na poti, bo hitreje obrabil pnevmatike kot tisti, ki pelje po bolj ravni avtocestni poti od točke A do točke B.

To je zato, ker pnevmatike čutijo sila trenja vsak trenutek so v stiku s cesto; daljše je potovanje, več trenja in s tem več termalna energija, ali toplota, ki se ustvari in izgubi v okolju.

Vročina zaradi trenja avtomobilu ni več na voljo za nadaljevanje dela - edini način za nadaljevanje je dodajanje goriva. Tako sila trenja imani povzročil nobene shranjene energije. Pravzaprav je prišlo do nasprotnega - preobrazbe energije iz bolj uporabne v manj uporabno obliko.

Opredelitev nekonservativne sile

Nasveti

  • Nekonservativna sila ne povzroči nobene shranjene energije.

Delo, ki ga je opravil a nekonservativni sila je odvisna od prehojene poti; daljša je pot, več toplotne energije se odvaja v okolico. Te energije ni mogoče v celoti ponovno uporabiti (tudi če bi jo nekaj obdržali, je 100 odstotkov ne bi bilo mogoče ponovno uporabiti za več dela).

Ker zakon o ohranjanju energije narekuje, da celotna energija v zaprtem sistemu ne more spremembe, mora biti celotno delo, ki ga opravijo nekonzervativne sile, enako spremembi mehanske energije sistem. Z drugimi besedami, vsa energija, ki se v zaprtem sistemu "izgubi", je posledica nekonservativnih sil.

Nasprotno pa a konzervativna sila povzroči delo, ki shranjuje potencialno energijo, ki jo je mogoče kasneje ponovno uporabiti. Neto delo, ki ga opravi konzervativna sila, in s tem količina shranjene energije je odvisna od celotnega predmeta premik v ravni črti in ne na prevoženo razdaljo - je pot neodvisna.

Primeri nekonservativnih sil

Zaradi trenja in zračnega upora (kar je res druga oblika trenja) nastaneta toplotna energija, zvočna energija in morebitne površinske deformacije, ki se vse "izgubijo" iz sistema in zato predstavljajo energijo, ki je ne more ponovna uporaba.

Na primer, ko balvan pade s pečine, na poti navzdol doživi silo zračnega upora. Zračni upor ustvarja toploto in zvok, obe obliki toplotne energije, ki se odvajata v okolje. Tako so nekonservativne sile včasih imenovane tudi disipativne sile.

Ko balvan zadene tla, sila trenja, ki jo občuti s površino, povzroči več toplote in zvoka ter velik krater v tleh. Kamen ne more vrniti izgubljene toplote ali zvoka, niti tla se ne bodo vrnila v prvotno obliko.

Zakaj so pomembne nekonservativne sile

Nekonservativne sile (in zakon o ohranjanju energije) pojasnjujejo, zakaj trajni gibalni stroji niso možni!

V svetu, polnem trenja, se potencialna energija in kinetična energija ne spreminjata vedno lepo naprej in nazaj. Dokler je predmet v gibanju, se del celotnega sevanja vedno pretvori v toploto zaradi nekonservativnih sil trenja. Iz tega sledi, da je količina vse energije v vesolju v obliki toplote vedno narašča in sčasoma ne ostane več koristne energije. To se včasih imenuje "toplotna smrt" vesolja.

Tako je večni gibalni stroj - ali kakršen koli takšen izum "neskončne energije" - fizično nemogoč, ker niso vse sile konzervativne.

Konservativne vs nekonservativne sile

Nasprotno pa so konzervativne sile sile, pri katerih je količina dela, opravljenega pri premikanju od točke A do točke B, neodvisna od poti. Konzervativne sile vključujejo gravitacijsko silo in elastične sile, kot je sila vzmeti.

  • Deliti
instagram viewer