Kaj so konzervativne sile? Potencialne konzervativne sile

Pri mehaniki se uporabljajo take sile, katerih delo pri telesu, ki se giblje vzdolž zaprte konture, je nič. Imenujejo se potencialne ali konzervativne sile.

Lastnosti

Obstajata dve osnovni lastnosti teh sil:

• Pri premikanju iz enega položaja v drugega delo takšne sile ni povezano s potjo gibanja. Povezan je samo s končnim in začetnim položajem obstoječega telesa.
• V primeru spremembe smeri prehoda se delo takšnih sil spremeni v znak, ki ohranja svojo vrednost.

Glede na zakon Hooke in zakon širine sveta potrjuje se, da sta tako elastična sila kot sila gravitacije potencialne (konzervativne) sile.

Posebne lastnosti

Potencial sile je določena z dejstvom, da se v primeru zaprte trajektorije pri opravljanju pozitivnega dela na enem fragmentu na drugem segmentu opravi negativno delo, zaradi česar se dodajo ničli.

Primeri nekonzervativnih sil

Konzervativne sile niso vse sile, ki obstajajo v naravi. Na primer, sila trenja ni takšna, usmerjena je v vseh situacijah proti gibanju telesa, vse dokler je njeno delo negativna vrednost. Delo konzervativne sile je mogoče izračunati z zmanjšanjem potencialne vrednosti.

En je potencialna energija telesa, ki je skalarna količina. Je enako delu, ki ga opravljajo konzervativne sile, ki se gibljejo od začetnega položaja telesa do želene referenčne ravni.

Glede na to definicijo lahko napišemo formulo razlike med delom in energijo telesa. Posledično lahko rečemo, da bo delo takšne sile enako zmanjšanju potencialne energije.

Potencialna gravitacijska energija

Če morate ugotoviti potencialne energije Za telo, ki je na določeni višini nad površino Zemlje, se lahko katera koli horizontalna raven upošteva kot začetna referenčna raven. Če vemo, kaj so konzervativne sile, se potencialna energija izračuna kot delo, ki ga opravi sila sile v trenutku prehoda telesa z višine na izvor reference En = m · g · h.

Potencialna energija elastičnega telesa

Obstaja še ena varianta potencialne energije, ki je povezana z elastično interakcijo molekul z rahlimi deformacijami trdnih snovi. Če vzamemo za primer stisnjeno vzmet, ki se s pomočjo roke vrne v prvotno stanje, potem je na svoji strani elastična sila, ki dela.

Kot izhodiščno točko vzamemo nedeformirano (začetno) stanje vzmeti, nato pa uporabimo konzervativne sile za izračun dela elastične sile. Po Hookejevem zakonu bo sila elastičnosti, ki deluje na roko, sorazmerna deformaciji, usmerjeni k njenemu zmanjšanju. Ko se vzmet poravna, se premakne na majhen segment dx.

V tem primeru opravi delo. Lahko se izračuna z uporabo Hookejevega integralnega zakona. Če analiziramo konzervativne sile na tem primeru, lahko sklepamo, da se potencialna energija akumulira za namen kasnejše uporabe.

Tudi, če je v primeru kinetična energija delci (telesa) uporabljajo univerzalni izraz, potem pa je treba pri izračunu potenciala upoštevati vse sile, ki delujejo na telo. Vedno je povezana s silo, ki deluje z ene strani telesa na drugo telo. Na primer, sila teže Zemlje vpliva na predmet, ki pade z določene višine, stisnjena vzmet deluje na kroglo in tetiva vpliva na puščico.

Potencialna energija ni neločljivo povezana s samim telesom, vključuje interakcijo teles, kot tudi delovanje posameznih fragmentov enega telesa na drugega. Upoštevajte situacijo, ko delo med gibanjem telesa opravljajo samo konzervativne sile. Primeri takih primerov: padec z višine, vzmetna napetost.

Vsota potencialne in kinetične energije v obravnavani situaciji bo konstantna vrednost, ki se v mehaniki imenuje skupna mehanska energija gibajočega (počivalnega) telesa.

Zakon o varčevanju z energijo

Če so v sistemu prisotne le konservativne sile, so polne mehanska energija vse sile, ki delujejo v tem sistemu. Iz tega lahko sklepamo, da so vrednosti vseh mehanskih energij za vsak čas enake. To je: E2 = E1.

Zakon o ohranjanju mehanske energije je precej omejen. Ne pravi, da je (v vsakem primeru) ohranjanje mehanske energije, temveč le nakazuje stanje, pod katerim je mogoče, in sicer, ko delo opravljajo konzervativne sile.

V takem primeru pride do stalnega prehoda potencialne energije v kinetično količino, nato pa v obratni proces. Če na zadevno telo ne vplivajo konzervativne sile, ki opravljajo delo, potem se ne upošteva ohranjanje celotne mehanske energije.

Možnosti za sile

Recimo, da telo z določene višine pade z ničelne začetne hitrosti, sila zračnega upora pa naj bi bila nič. V tem primeru bo telo delovalo samo gravitacijo, ki je konzervativna sila. V takem primeru se zakon o ohranjanju energije v celoti izvaja.

Na samem začetku gibanja ima telo le potencialno energijo, ki jo lahko določimo s formulo: El = mgh. Ko telo pade, se zmanjša vrednost potencialne energije, povečanje kinetične vrednosti. Na ničelni višini telo prejme največjo hitrost gibanja in prav v njej prevladuje kinetična energija. Če dodamo vrednosti zakonu ohranjanja celotne mehanske energije, dobimo konstantno vrednost. Na vmesnih območjih ima telo dve vrsti notranje energije vendar njihova skupna ocena ostaja enaka.

V naravoslovju se šteje, da telesa medsebojno vplivajo preko polj. Pod poljem pomeni področje prostora, kjer je na vsaki točki prisotna sila, enakomerno porazdeljena med posamezne točke. Kot tipičen primer takšne sile je mogoče preučiti klasično silo gravitacije.