Konservatiivne jõud ei ole jõu nimetus, näiteks gravitatsioon, hõõrdumine jne. Konservatiivne jõud kirjeldab jõu olemust. Kui jõu poolt objektile tehtud kogutöö aja jooksul, mil objekt liigub oma algsest asendist eemale, kuni objekt naaseb oma algasendisse, on võrdne nulliga, siis on jõud konservatiivne jõud. Jõudu nimetatakse konservatiivseks, kui jõu poolt objektile tehtud töö ei sõltu objekti läbitud trajektoorist, vaid ainult selle alg- ja lõppasendi muutusest.
Konservatiivse jõu mõistet on lihtsam mõista, kui sa juba tead füüsika töö mõistet . Uuri järgmisi kahte näidisülesannet, et mõista konservatiivse jõu mõistet.
Näide 1
Vaatleme objekti, mis liigub vertikaalselt ülespoole ja seejärel vertikaalselt allapoole oma algasendisse.
Kui objekt liigub ülespoole, on objekti nihke suund ülespoole, samas kui gravitatsioonijõu ehk raskuse (w) suund on allapoole. Objekti nihke suund on gravitatsioonijõu suunale vastupidine, seega teeb gravitatsioonijõud negatiivset tööd.
W1 = Fs = wh (cos 180) = wh (-1) = – wh = – mgh
Kui objekt liigub allapoole oma algasendi poole, on objekti nihke suund allapoole ja gravitatsioonijõu suund on samuti allapoole. Objekti nihke suund on sama mis gravitatsioonijõu suund, seega teeb gravitatsioonijõud positiivset tööd.
W2 = Fs = wh (cos 0) = wh (1) = wh
Gravitatsioonijõu poolt objektile tehtud kogutöö aja jooksul, mil objekt liigub üles ja seejärel alla, on võrdne nulliga.
W kokku = W1 + W2 = – wh + wh = 0
Näiteks kui objekti mass (m) = 1 kg, gravitatsioonikiirendus (g) = 10 m/s² ja kõrgus (h) = 1 meeter, siis W¹ = -10 džauli ja W² = 10 džauli. Kogutöö = –10 džauli + 10 džauli = 0
Näide 2
Vaatleme objekti, mis liigub orust tippu ja seejärel tagasi orgu.
Niikaua kui objekt liigub kaldpinnal, teeb objektile tööd ainult gravitatsioonijõu horisontaalne komponent (w sin teeta). Kui objekt liigub kaldpinna orust ülaossa, on nihke suund vastupidine gravitatsioonijõu horisontaalse komponendi (w sin teeta) suunale, seega teeb gravitatsioonijõud negatiivset tööd.
Raskusjõu poolt objektile tehtav töö selle liikumisel orust tippu.
W1 = – Fs = – (w sin teeta)(s) = – ws sin teeta
Kuna sin theta = h / s või h = s sin theta, siis ülaltoodud valem muudetakse järgmiselt
W1 = –wh = –mgh
Kui objekt liigub tipust orgu, on nihe samas suunas kui gravitatsioonijõu horisontaalne komponent, seega teeb gravitatsioonijõud positiivset tööd.
W2 = wh = mgh
Kogupingutus
Kogukaal = – mgh + mgh = 0
Näiteks kui objekti mass (m) = 1 kg, gravitatsioonikiirendus (g) = 10 m/s² ja kõrgus (h) = 1 meeter, siis W¹ = -10 džauli ja W² = 10 džauli. Kogutöö = –10 džauli + 10 džauli = 0
Näites 2 kasutatud valemi põhjal võib järeldada, et gravitatsioonijõu töö objektile, kui objekt liigub kaldpinnal pikkuse s võrra, on sama kui gravitatsioonijõu töö objektile, kui objekt liigub risti pikkuse h võrra.
Seega ei sõltu gravitatsioonijõu tehtud töö läbitud teest, vaid ainult kõrguse muutusest. Teisisõnu, gravitatsioonijõu tehtud töö sõltub ainult alg- ja lõppasendist.
Need kaks näidet näitavad, et gravitatsioonijõud on konservatiivne jõud. Jõud on konservatiivne jõud, kui see vastab kahele tingimusele. Esiteks on objektile mõjuva jõu kogutöö aja jooksul, mil objekt liigub oma algasendist eemale, kuni see naaseb oma algasendisse, võrdne nulliga (vrd näide 1). Teiseks ei sõltu objektile mõjuva jõu kogutöö objekti läbitud teekonnast, vaid asukoha muutusest (vrd näide 2).
Mõned konservatiivsete jõudude hulka kuuluvad jõud on gravitatsioonijõud, elektrijõud ja magnetjõud.
Näide 3
Coulombi jõud ja gravitatsioonijõud on konservatiivsed jõud.
Sest
Coulombi jõud ja gravitatsioonijõud on pöördvõrdelised kauguse ruuduga
Arutelu
Elektrijõud ja gravitatsioonijõud on konservatiivsed jõud mitte seetõttu, et nende suurus oleks pöördvõrdeline kauguse ruuduga. Mõlemad on konservatiivsed jõud, kuna nende kahe jõu mõjul koorma kandmiseks tehtav töö ei sõltu läbitud teekonnast, vaid ainult koorma alg- ja lõppasendist.
Jõud on konservatiivne jõud, kui töö, mida see objektil teeb...
(1) sõltub ainult algseisundist ja lõppseisundist
(2) on sama mis objekti potentsiaalse energia muutus
(3) ei sõltu liikumistrajektoori kujust
(4) ei sõltu potentsiaalse energia muutustest
Arutelu
Jõud on konservatiivne jõud, kui töö, mida see objektil teeb
(1) sõltub ainult algseisundist ja lõppseisundist
(3) ei sõltu liikumistrajektoori kujust
