Mühafizəkar qüvvələrin gördüyü iş Potensial enerji
Şaquli olaraq yuxarıya doğru hərəkət edən və maksimum hündürlüyə çatdıqdan sonra ilkin vəziyyətinə qayıdan bir cismi müşahidə edin. Cisim şaquli olaraq yuxarıya doğru hərəkət etdikdə, çəki cisim üzərində mənfi iş görür. Cisim yuxarıya doğru hərəkət etdikdə, onun hündürlüyü artır. Buna görə də, cismin cazibə potensial enerjisi də artır. Belə bir nəticəyə gəlmək olar ki, çəki ilə görülən mənfi iş cismin cazibə potensial enerjisinin (PE) artmasına bərabərdir.
W = – mq/saat
W = – mq (h 2 – h 1 ) = – (PE 2 – PE 1 ) = -ΔPE
Cisim şaquli olaraq aşağıya doğru hərəkət etdikdə, cazibə qüvvəsi cisim üzərində müsbət iş görür. Cisim şaquli olaraq aşağıya doğru hərəkət etdikdə, cismin hündürlüyü azalır. Buna görə də, cismin cazibə potensial enerjisi də azalır. Belə bir nəticəyə gəlmək olar ki, cazibə qüvvəsinin cisim üzərində gördüyü müsbət iş cismin cazibə potensial enerjisinin azalmasına bərabərdir.
W = mqh
W = mq (h 1 – h 2 ) = mq 1 – mq 2 = – (mq 2 – mq 1 ) = – (PE 2 – PE 1 ) = -ΔPE
Yayın ucu ilə birlikdə sola basılan bir cismə baxın (şəkil 3-ə baxın). Cisim sola hərəkət etdikdə, yay qüvvəsi cisim üzərində mənfi iş görür. Cisim sola hərəkət etdikdə, yay sapması artır. Buna görə də, yayın potensial enerjisi də artır. Belə bir nəticəyə gəlmək olar ki, yayın gördüyü mənfi iş yayın potensial enerjisinin artmasına bərabərdir. Cisim sağa hərəkət etdikdə, yay qüvvəsi cisim üzərində müsbət iş görür. Cisim sağa hərəkət etdikdə, yay sapması azalır. Buna görə də, yayın potensial enerjisi də azalır. Belə bir nəticəyə gəlmək olar ki, yayın cisim üzərində gördüyü müsbət iş yayın potensial enerjisinin azalmasına bərabərdir.
Yuxarıdakı izahata əsasən, mühafizəkar qüvvənin gördüyü işin cismin potensial enerjisindəki dəyişikliyə bərabər olduğunu demək olar. Mühafizəkar qüvvə müsbət iş gördükdə potensial enerji azalır. Əksinə, mühafizəkar qüvvə mənfi iş gördükdə potensial enerji artır. Beləliklə, mühafizəkar qüvvənin gördüyü iş potensial enerjidəki mənfi dəyişikliyə bərabərdir.
W c = -ΔPE
Nümunə sual 6: Mühafizəkar qüvvə və potensial enerji ilə iş
1 kq kütləli cisim yer səviyyəsindən 5 metr yüksəklikdədir. Cazibə qüvvəsinin sürətlənməsi 10 m/s²-dir . (a) cisim yer səviyyəsindən 10 metr yüksəkliyə yerini dəyişdikdə çəki ilə görülən işi, (b) cismin 10 metr yüksəkliyə yerini dəyişməsi üçün tələb olunan işi və (c) cisim 10 metr yüksəkliyə yerini dəyişdikdə cismin cazibə potensial enerjisindəki dəyişikliyi təyin edin.
Müzakirə:
Müəyyən edildi: m = 1 kq, g = 10 m/ s² ,
(a) Çəki ilə işləyin
W = – mq Δh
= – (1 kq)(10 m/s² ) (5 m) = – 50 Coul
Ağırlıq mənfi iş görür, çünki çəkinin istiqaməti cismin yerdəyişmə istiqamətinin əksinədir.
(çəki aşağı istiqamətdə, cismin yerdəyişməsi yuxarı istiqamətdədir).
(b) Qaldırıcı qüvvə ilə iş
Cismin qaldırılması üçün minimum qaldırma qüvvəsi çəkiyə bərabər olmalıdır.
= (1 kq)(10 m/s² ) (5 m) = 50 Coul
W = wh = mg Δh
Qaldırıcı qüvvənin gördüyü iş müsbətdir, çünki qüvvənin istiqaməti yerdəyişmə ilə eynidir.
(qüvvənin qaldırma qüvvəsi yuxarı istiqamətdə, yerdəyişmə isə yuxarı istiqamətdədir)
(c) Potensial enerjidə dəyişiklik
ΔPE = mq Δh
ΔPE = 50 Coul
Cismin cazibə potensial enerjisi 50 Coul artır.
Mühafizəkar qüvvələrin və potensial enerjinin gördüyü iş haqqında 20 konseptual sual və cavab:
1. Sual: Mühafizəkar qüvvələr nədir? Cavab: Mühafizəkar qüvvələr, görülən işin keçilən yoldan asılı olmadığı qüvvələrdir.
2. Sual: Mühafizəkar qüvvənin gördüyü iş potensial enerjinin dəyişməsi ilə necə əlaqəlidir? Cavab: Mühafizəkar qüvvənin gördüyü iş potensial enerjinin mənfi dəyişməsinə bərabərdir.
3. Sual: Mühafizəkar qüvvənin ümumi nümunəsini adlandırın. Cavab: Qravitasiya qüvvəsi mühafizəkar qüvvənin ümumi nümunəsidir.
4. Sual: Sürtünmə nə üçün mühafizəkar qüvvə hesab edilmir? Cavab: Çünki sürtünmənin gördüyü iş keçilən yoldan asılıdır.
5. Sual: Yer səthinə yaxın bir cismin cazibə potensial enerjisi necə ifadə olunur? Cavab: Cazibə potensial enerjisi ℎ kimi ifadə olunur , burada m kütlə, g cazibə qüvvəsinin yaratdığı təcil və h istinad nöqtəsindən yuxarıdakı hündürlükdür.
6. Sual: Potensial enerji heç vaxt mənfi ola bilərmi? Cavab: Bəli, istinad nöqtəsinin seçilməsindən asılı olaraq potensial enerji mənfi ola bilər.
8. Sual: Əgər sistemin potensial enerjisi artarsa, heç bir xarici iş görülmədiyini fərz etsək, kinetik enerjiyə nə baş verir? Cavab: Kinetik enerji potensial enerjinin artması ilə eyni miqdarda azalır və mexaniki enerjinin qorunması qanunu qorunur.
9. Sual: Mexaniki enerjinin qorunması şərtləri hansılardır? Cavab: Mexaniki enerji yalnız mühafizəkar qüvvələr sistemə təsir etdikdə qorunur.
10. Sual: Yalnız mühafizəkar qüvvələrin təsir etdiyi qapalı sistemdə ümumi mexaniki enerji haqqında nə demək olar? Cavab: Ümumi mexaniki enerji sabit qalır.
11. Sual: Elektrik sahəsində elektrik yükünün potensial enerjisi necə təyin olunur? Cavab: Potensial enerji , burada q yük, V isə potensialdır.
12. Sual: Cismi cazibə qüvvəsi sahəsində qaldırmaq onun potensial enerjisini niyə artırır? Cavab: Çünki cismi qaldırmaq üçün cazibə qüvvəsinə qarşı iş görülür və bu iş potensial enerji kimi saxlanılır.
13. Sual: Qapalı dövrədə mühafizəkar qüvvənin işi necə görülür? Cavab: Qapalı dövrədə mühafizəkar qüvvənin gördüyü xalis iş sıfıra bərabərdir.
14. Sual: Potensial enerji sabitliklə necə əlaqəlidir? Cavab: Potensial enerjinin minimum olduğu nöqtələrdə sistem sabitdir.
15. Sual: Müxtəlif hündürlüklərdə yerləşən iki cisim eyni cazibə potensial enerjisinə malik ola bilərmi? Cavab: Bəli, potensial enerji üçün istinad səviyyəsinin seçilməsindən asılı olaraq, ola bilər.
16. Sual: Niyə tez-tez cazibə potensial enerjisi üçün istinad nöqtəsi kimi Yer kürəsini seçirik? Cavab: İstənilən nöqtəni seçmək mümkün olsa da, rahat və hamı tərəfindən başa düşülən bir istinad təmin edir.
17. Sual: Yalnız mühafizəkar qüvvələrin təsir etdiyi təcrid olunmuş sistemdə potensial enerji 10 C azalarsa, kinetik enerji nə qədər dəyişir? Cavab: Kinetik enerji 10 C artır.
18. Sual: Potensial enerji mühafizəkar sahələrdə qüvvə ilə necə əlaqəlidir? Cavab: Qüvvə potensial enerjinin mənfi qradiyentidir.
19. Sual: Əgər cisim mühafizəkar qüvvə istiqamətində hərəkət etdirilərsə, onun potensial enerjisi necə dəyişir? Cavab: Onun potensial enerjisi azalır.
20. Sual: Bir cismin kinetik enerjiyə malik olması, lakin potensial enerjisinin sıfır olması mümkündürmü? Cavab: Bəli, bu, potensial enerji üçün istinad nöqtəsinin seçilməsindən asılıdır.
Bu suallar və cavablar klassik mexanikanın ayrılmaz hissəsini təşkil edən mühafizəkar qüvvələr və potensial enerji haqqında fundamental anlayışları əhatə edir.
