Коли хтось піднімає чашку кави зі столу, він працюєпроти сили тяжіння.Коли чашка вже не на столі, а в повітрі, вона накопичує потенційну енергію. Якщо відпустити, то впаде.
Сила тяжіння є прикладом aконсервативна сила. Інші сили, що оточують нас, подібним чином зберігають енергію в системі, утримуючи об’єкти в певній конфігурації, що призведе до руху, перетворюючи накопичену енергію в кінетичну, коли вона буде виділена.
Повна кінетична та потенційна енергія в системі називається загальною механічною енергією системи. Загальна енергія - це сума механічної енергії та теплової та інших форм енергії.
TL; DR (занадто довгий; Не читав)
Консервативні сили призводять до накопиченої потенційної енергії.
Визначення консервативної сили
Знову погляньте на ту чашку з кавою. Чи піднята чашка вище, ніж талія людини, перш ніж потрапити в руки на висоті талії, чи це просто піднімається прямо до висоти талії, кількість гравітаційної потенційної енергії, яку чашка містить на кінці, залишається те саме. У нього буде однакова осінь, якщо вона впаде з висоти талії в будь-якому випадку.
Іншими словами, кількість потенційної енергії, яку об’єкт отримує, переживаючи консервативну силу, становитьнезалежний від шляху: це залежить лише від об’єктаостаточне переміщення (різниця між кінцевим і початковим положенням), а не загальна пройдена відстань. Поки в першому випадку чашка подорожуваладалі в ціломувід точки а до точки б - рухаючись вгору, миттєво зупиняючись, а потім опускаючись до рук що його спіймало - воно все одно починалося і закінчувалося в тих самих положеннях, що і чашка, яку просто підняли вгору. Це робить загальну зміну потенційної енергіївід сили тяжіннядля кожної чашки однаково.
На противагу цьому, неконсервативна сила не призводить до накопичення енергії. Натомість енергія, яка використовується неконсервативною силою для роботирозсіюється в навколишнє середовище як тепло (теплова енергія) і не може бути використане повторно.
Іншим поширеним визначенням консервативної сили є таке, при якому чиста робота, виконана замкнутим шляхом, дорівнює нулю. Закритий шлях - це той, при якому об’єкт починається і закінчується в одному положенні (його переміщення дорівнює нулю). Тому щороботау фізиці - силаFдіючи на об'єкт в рази його переміщенняd
W = Fd
з цього випливає, що якщо переміщення об’єкта дорівнює нулю, то і загальна робота. Тоді сила, яка рухала його, мала бути консервативною.
Приклади консервативних сил
Як і гравітація, інші консервативні сили викликають зміну положення об'єкта, що призводить до накопиченої енергії. Наприклад, сила пружини в спіральній іграшці, як Слінки, або стріла, відтягнута на луці, є консервативними силами, як і електростатична сили, що утримують дві заряджені частинки на деякій відстані одна від одної, або магнітні сили, що утримують Північний і Південний полюси або два магніти окремо.
Як тільки об’єкти будуть «відпущені» в будь-якому з цих випадків, вони рухатимуться. Вискочить Слінки, стрілка полетить до цілі або частинки притягнуть або відштовхнуться.
Чому консервативні сили мають значення
Консервативні сили дозволяють людям накопичувати енергію, яка згодом може бути використана для корисної роботи. Вони є джерелом багаторазової енергії - предмет можна піднімати від землі, щоб гравітаційна сила діяла на нього знову і знову, а лук і стріла можна встановлювати і випускати кілька разів.
Звичайно, у реальному світі консервативні сили не існують ізольовано. У кожній із ситуацій, описаних тут,деяка енергія завжди розсіюється у вигляді тепла від сили тертя, неконсервативна сила, і вона більше не в змозі повернутися безпосередньо до накопиченої енергії в цій системі.
Також самі консервативні сили не безмежні. У якийсь момент розтягнута пружина досягне межі пружності і зламається. Чашка кави, що впала з занадто високого рівня, розіб’ється на частини, не підлягаючи ремонту. Але, чітко розуміючи межі цих об’єктів, фізик або інженер може виготовляти дамби, дідові годинники, автомобільні акумулятори та безліч інших пристроїв, які можуть робити корисні справи.