När någon lyfter en kaffekopp från bordet arbetar demot tyngdkraften.När koppen inte längre är på bordet utan i luften har den lagrat potentiell energi. Om det släpps skulle det falla.
Tyngdkraften är ett exempel på akonservativ kraft. Andra krafter omkring oss lagrar på samma sätt energi i ett system genom att hålla föremål i en viss konfiguration som kommer att resultera i rörelse, omvandla den lagrade energin till kinetisk energi, när de väl släppts.
Den totala kinetiska och potentiella energin i ett system kallas systemets totala mekaniska energi. Den totala energin är summan av den mekaniska energin och termiska och andra energiformer.
TL; DR (för lång; Läste inte)
Konservativa krafter resulterar i lagrad potentiell energi.
Definition av en konservativ styrka
Ta en titt på den kaffekoppen igen. Oavsett om koppen kastas uppåt högre än personens midja innan den fångas i deras händer i midjehöjd, eller om den lyfts helt enkelt rakt upp till midjelängden, den mängd gravitationell potential som koppen innehåller i slutet förblir den samma. Det kommer att ha samma fall om det faller från midjehöjden i båda fallen.
På ett annat sätt är mängden potentiell energi som ett objekt får genom att uppleva en konservativ kraftvägoberoende: det beror bara på objektetsslutlig förskjutning (skillnaden mellan slutlig position och startposition), inte den totala sträckan. I det första fallet reste koppenlängre sammanlagtfrån punkt a till punkt b - flyttar upp, stannar omedelbart och faller sedan ner till händerna som fångade det - det började fortfarande och slutade i samma positioner som koppen som helt enkelt lyftes upp. Det gör den totala förändringen av potentiell energifrån tyngdkraftenför varje kopp samma.
Däremot resulterar en icke-konservativ kraft inte i lagrad energi. Istället fungerar den energi som används av en icke-konservativ kraft för att göraförsvinner omgivningen som värme (värmeenergi) och kan inte återanvändas.
En annan vanlig definition av en konservativ kraft är en där nettoarbetet i en sluten väg är noll. En sluten bana är en där objektet börjar och slutar i samma läge (dess förskjutning är noll). Därför attarbetei fysik är kraftenFverkar på ett objekt gånger dess förskjutningd
W = Fd
det följer att om förskjutningen av ett objekt är noll, så är det totala arbetet. Kraften som rörde den måste alltså ha varit konservativ.
Exempel på konservativa styrkor
Liksom gravitationen orsakar andra konservativa krafter en förändring i ett objekts position som resulterar i lagrad energi. Till exempel är fjäderkraften i en lindad leksak som en Slinky eller en pil som dras tillbaka på en båge konservativa krafter, liksom den elektrostatiska krafter som håller två laddade partiklar på något avstånd från varandra, eller de magnetiska krafterna som håller nord- och sydpolen eller två stapelmagneter isär.
Så snart objekten "släpps" i något av dessa fall kommer de att röra sig. Slinky kommer att dyka upp, pilen kommer att flyga till målet eller så att partiklarna lockar eller stöter bort.
Varför konservativa styrkor spelar roll
Konservativa krafter tillåter människor att lagra energi som senare kan användas till användbart arbete. De är en källa till återanvändbar energi - ett föremål kan höjas från marken för att gravitationskraften ska fungera på den om och om igen, och en pil-och-pil kan ställas in och släppas flera gånger.
Naturligtvis existerar inte konservativa krafter isolerat i den verkliga världen. I var och en av de situationer som beskrivs här,viss energi försvinner alltid som värme från friktionskraften, en icke-konservativ styrka och inte längre kan återvända direkt till lagrad energi i det systemet.
Konservativa krafter är inte heller gränslösa. Vid någon tidpunkt når en sträckt fjäder sin elastiska gräns och går sönder. En kaffekopp som tappats från för högt kommer att krossas förutom reparation. Men med en gedigen förståelse för dessa objekts gränser kan en fysiker eller ingenjör göra dammar, farfarsklockor, bilbatterier och otaliga andra enheter som kan göra användbara saker.