Консервативен стил не името на сила, като например гравитацията, сила на триене и т.н. Консервативната сила описва естеството на силата. Ако общата работа, извършена от сила върху даден обект, през времето, през което обектът се отдалечава от първоначалното си положение, докато обектът се върне в първоначалното си положение, е равна на нула, тогава силата е консервативна сила. Силата се нарича консервативна, ако работата, извършена от силата върху даден обект, не зависи от пътя, който обектът поема, а само от промяната в началното и крайното му положение.
Определението за консервативен стил е по-лесно за разбиране, ако вече разбирате разбиране на работата във физикатаРазгледайте следните два примерни въпроса, за да разберете концепцията за консервативна сила.
Пример 1
Да разгледаме обект, който се движи вертикално нагоре, а след това се движи вертикално надолу до първоначалната си позиция.
Когато един обект се движи нагоре, посоката на преместването му е нагоре, докато посоката на гравитационната сила или теглото (w) е надолу. Посоката на преместване на обекта е противоположна на посоката на гравитационната сила, следователно гравитационната сила извършва отрицателна работа.
W1 = Fs = wh (cos 180) = wh (-1) = – wh = – mgh
Когато един обект се движи надолу към първоначалното си положение, посоката на преместването му е надолу, а посоката на гравитационната сила също е надолу. Посоката на преместване на обекта е същата като посоката на гравитационната сила, следователно гравитационната сила извършва положителна работа.
W2 = Fs = wh (cos 0) = wh (1) = wh
Общата работа, извършена от гравитационната сила върху обекта по време на движението му нагоре и след това надолу, е равна на нула.
Wобщо =W1 + W2 = – кой + кой = 0
Например, масата на обект (m) = 1 kg, гравитационното ускорение (g) = 10 m/s2 и височина (h) = 1 метър, тогава W1 = -10 джаула и W2 = 10 джаула. Обща работа = – 10 джаула + 10 джаула = 0
Пример 2
Помислете за обект, който се движи от долина към връх и след това се връща обратно в долината.
Докато един обект се движи по наклонена равнина, само хоризонталният компонент на гравитационната сила (w sin theta) извършва работа върху него. Когато един обект се движи от долината към върха на наклонената равнина, посоката на преместване е противоположна на посоката на хоризонталния компонент на гравитационната сила (w sin theta), следователно гравитационната сила извършва отрицателна работа.
Работата, извършена от силата на гравитацията върху обект, докато той се движи от долината към върха.
W1 = – Fs = – (w sin theta)(s) = – ws sin theta
Тъй като sin theta = h / s или h = s sin theta, тогава формулата по-горе се променя на
W1 = – wh = – mgh
Когато даден обект се движи от връх към долина, изместването е в същата посока като хоризонталния компонент на гравитационната сила, следователно гравитационната сила извършва положителна работа.
W2 = wh = mgh
Общо усилие
Общо W = – mgh + mgh = 0
Например, масата на обект (m) = 1 kg, гравитационното ускорение (g) = 10 m/s2 и височина (h) = 1 метър, тогава W1 = -10 джаула и W2 = 10 джаула. Обща работа = – 10 джаула + 10 джаула = 0
Въз основа на формулата, използвана в пример 2, може да се заключи, че работата, извършена от гравитационната сила върху обект, когато обектът се движи по наклонена равнина на разстояние s, е същата като работата, извършена от гравитационната сила върху обекта, ако обектът се движи перпендикулярно на наклонена равнина на разстояние h.
Така че работата, извършена от гравитационната сила, не зависи от изминатия път, а само от промяната във височината. С други думи, работата, извършена от гравитационна сила зависи само от началната и крайната позиция.
Тези два примера показват, че гравитационната сила е консервативна сила. Силата е консервативна сила, ако отговаря на две условия. Първо, общата работа, извършена от силата върху обекта през времето, през което обектът се отдалечава от началната си позиция, докато се върне в началната си позиция, е равна на нула (сравнете пример 1). Второ, общата работа, извършена от силата върху обекта, не зависи от пътя, изминат от обекта, а зависи от промяната в позицията му (сравнете пример 2).
Някои сили, които са включени в консервативните сили, са гравитационна сила, електрическа сила и магнитна сила.
Пример 3
Кулонова сила и гравитационна сила са консервативни сили.
Себаб
Силата на Кулон и гравитационната сила са обратно пропорционални на квадрата на разстоянието
Дискусия
Електрическата сила и гравитационната сила са консервативни сили, не защото величините им са обратно пропорционални на квадрата на разстоянието. И двете са консервативни сили, защото работата, извършена за пренасяне на товар под влиянието на тези две сили, не зависи от изминатия път, а само от началното и крайното положение на товара.
Една сила е консервативна сила, ако работата, която извършва върху даден обект...
(1) зависи само от началното състояние и крайното състояние
(2) е същото като промяната в потенциалната енергия на обекта
(3) не зависи от формата на траекторията на движение
(4) не зависи от промените в потенциалната енергия
Дискусия
Силата е консервативна сила, ако работата, която извършва върху даден обект
(1) зависи само от началното състояние и крайното състояние
(3) не зависи от формата на траекторията на движение
