Konservative kræfter: Hvad er det & hvorfor det betyder noget (w /eksempler)

Når nogen løfter en kaffekop fra bordet, arbejder de mod tyngdekraften .
Når koppen ikke længere er på bordet , men midair, det har gemt potentiel energi. Hvis slip, ville det falde.

Tyngdekraften er et eksempel på en konservativ styrke
. Andre kræfter omkring os lagrer på lignende måde energi i et system ved at holde objekter i en bestemt konfiguration, der vil resultere i bevægelse, omdanne den lagrede energi til kinetisk energi, når den først er frigivet.

Den samlede kinetiske og potentielle energi i et system er kaldet systemets samlede mekaniske energi. Den samlede energi er summen af den mekaniske energi og termiske og andre former for energi.

TL; DR (for lang; læste ikke)

Konservative kræfter resulterer i lagret potentiel energi_. _
Definition af en konservativ styrke -

Se på kaffekoppen igen. Uanset om koppen kastes opad højere end personens talje, før den bliver fanget i deres hænder i taljehøjden, eller om den simpelthen løftes lige op til taljehøjde, forbliver mængden af tyngdepotentialenergi, som koppen indeholder i slutningen, den samme. Det vil have det samme fald, hvis det falder fra taljehøjden i begge tilfælde.

Sagt på en anden måde, mængden af potentiel energi, som et objekt får ved at opleve en konservativ kraft, er sti-uafhængig
: det afhænger kun af objektets endelige forskydning
(forskellen mellem slutposition og startposition), ikke den samlede tilbagelagte afstand. Mens koppen i det første tilfælde rejste længere i alt fra punkt a til punkt b - bevægede sig op, stoppede øjeblikkeligt og derefter faldt ned til hænderne, der fangede den - startede den stadig og endte i de samme positioner som koppen, der simpelthen blev løftet op. Det gør den samlede ændring i potentiel energi fra tyngdekraften for hver kop den samme.

I modsætning hertil resulterer en ikke-konservativ kraft ikke i lagret energi. I stedet spreder energien, der bruges af en ikke-konservativ styrke til at udføre arbejde i det omgivende miljø som varme (termisk energi) og kan ikke genbruges.

En anden almindelig definition af en konservativ kraft er en, hvor netværket, der udføres i en lukket sti, er nul. En lukket sti er en, hvor objektet starter og slutter i den samme position (dens forskydning er nul). Fordi arbejde
i fysik er kraften F
der virker på et objekt gange dens forskydning d
( W \u003d F × d
), følger det at hvis forskydningen af et objekt er nul, så er det samlede arbejde. Kraften, der flyttede den, må da have været konservativ.
Eksempler på konservative kræfter

Ligesom tyngdekraften forårsager andre konservative kræfter en ændring i et objekts position, der resulterer i lagret energi. For eksempel er fjederens kraft i et sammenrullet legetøj som en Slinky eller en pil, der trækkes tilbage på en bue, konservative kræfter, ligesom de elektrostatiske kræfter, der holder to ladede partikler i en afstand fra hinanden, eller de magnetiske kræfter, der holder nord og Sydpoler eller to stangmagneter fra hinanden.

Så snart objekterne er "slip" i et af disse tilfælde, vil de bevæge sig. Den Slinky dukker op, pilen flyver til målet, eller partiklerne vil tiltrække eller afvise. Hvorfor konservative kræfter er vigtige?

Konservative kræfter tillader mennesker at opbevare energi, der senere kan bruges til nyttigt arbejde. De er en kilde til genanvendelig energi - en genstand kan løftes fra jorden for at tyngdekraften kan handle på den igen og igen, og en bue-og-pil kan indstilles og frigøres flere gange.

Af naturligvis eksisterer de konservative kræfter ikke isoleret i virkeligheden. I hver af de her beskrevne situationer spredes altid energi som varme fra friktionskraften, en ikke-konservativ kraft og ikke længere i stand til at vende direkte tilbage til lagret energi i dette system.

Heller ikke er konservative "forces themselves limitless.", 3, [[På et tidspunkt vil en strakt fjeder nå sin elastiske grænse og gå i stykker. En kaffekop, der er faldet fra for højt, smadrer fra hinanden uden reparation. Men med en solid forståelse af disse objekts grænser kan en fysiker eller ingeniør lave dæmninger, bedstefarur, bilbatterier og utallige andre enheder, der kan gøre nyttige ting.