Konzervatív stílus nem egy erő neve, mint például a gravitáció, súrlódási erő stb. A konzervatív erő egy erő természetét írja le. Ha egy tárgyra ható erő által végzett teljes munka nulla, amíg a tárgy elmozdul eredeti helyzetéből, amíg visszatér eredeti helyzetébe, akkor az erő konzervatív erő. Egy erőt konzervatívnak nevezünk, ha az erő által egy tárgyra ható munka nem függ a tárgy által megtett pályától, hanem csak a kezdeti és végső helyzetének változásától.
A konzervatív stílus definíciója könnyebben érthető, ha már érted a fizika munkájának megértéseTanulmányozd a következő két példakérdést a konzervatív erő fogalmának megértéséhez.
1. példa
Vegyünk egy tárgyat, amely függőlegesen felfelé mozog, majd függőlegesen lefelé mozdul el eredeti helyzetébe.
Amikor egy tárgy felfelé mozog, az elmozdulásának iránya felfelé irányul, míg a gravitációs erő vagy súly (w) iránya lefelé irányul. A tárgy elmozdulásának iránya ellentétes a gravitációs erő irányával, ezért a gravitációs erő negatív munkát végez.
W1 = F s = wh (cos 180) = wh (-1) = – wh = – mgh
Amikor egy tárgy lefelé mozog az eredeti helyzete felé, a tárgy elmozdulásának iránya lefelé van, és a gravitációs erő iránya is lefelé van. A tárgy elmozdulásának iránya megegyezik a gravitációs erő irányával, ezért a gravitációs erő pozitív munkát végez.
W2 = F s = wh (cos 0) = wh (1) = wh
A gravitációs erő által egy tárgyra ható teljes munka, amíg a tárgy fel-le mozog, nulla.
WÖsszkomfort =W1 + W2 = – wh + wh = 0
Például egy tárgy tömege (m) = 1 kg, gravitációs gyorsulása (g) = 10 m/s2 és magasság (h) = 1 méter, akkor Ny1 = -10 joule és W2 = 10 joule. Teljes munka = – 10 joule + 10 joule = 0
2. példa
Vegyünk egy tárgyat, amely egy völgyből egy csúcsra mozog, majd visszamegy a völgybe.
Amíg egy tárgy ferde síkon mozog, a gravitációs erőnek csak a vízszintes komponense (w sin theta) végez rajta munkát. Amikor egy tárgy a völgyből a ferde sík tetejére mozog, az elmozdulás iránya ellentétes a gravitációs erő vízszintes komponensének (w sin theta) irányával, ezért a gravitációs erő negatív munkát végez.
A gravitációs erő által egy tárgyon végzett munka, miközben az a völgyből a csúcs felé mozog.
W1 = – F s = – (w sin théta)(s) = – ws sin théta
Mivel sin theta = h / s vagy h = s sin theta, a fenti képlet a következőre változik:
W1 = – wh = – mgh
Amikor egy tárgy egy csúcsból egy völgybe mozog, az elmozdulás iránya megegyezik a gravitációs erő vízszintes komponensének irányával, tehát a gravitációs erő pozitív munkát végez.
W2 = wh = mgh
Teljes erőfeszítés
Teljes tömeg = – mgh + mgh = 0
Például egy tárgy tömege (m) = 1 kg, gravitációs gyorsulása (g) = 10 m/s2 és magasság (h) = 1 méter, akkor Ny1 = -10 joule és W2 = 10 joule. Teljes munka = – 10 joule + 10 joule = 0
A 2. példában használt képlet alapján arra a következtetésre juthatunk, hogy a gravitációs erő által egy tárgyra ható munka, amikor a tárgy egy s távolságra elmozdul egy ferde síkon, megegyezik azzal a munkával, amelyet a gravitációs erő végez a tárgyon, ha a tárgy merőlegesen mozog h távolságra.
Tehát a gravitációs erő által végzett munka nem függ a megtett úttól, hanem csak a magasságváltozástól. Más szóval, a gravitációs erő által végzett munka gravitációs erő csak a kezdeti és a végső pozíciótól függ.
Ez a két példa azt mutatja, hogy a gravitációs erő konzervatív erő. Egy erő konzervatív erő, ha két feltételnek megfelel. Először is, az erő által egy tárgyra ható teljes munka nulla, amíg a tárgy eltávolodik a kiinduló helyzetéből, amíg visszatér a kiinduló helyzetébe (vö. 1. példa). Másodszor, az erő által egy tárgyra ható teljes munka nem függ a tárgy által megtett pályától, hanem a helyzetváltozástól (vö. 2. példa).
A konzervatív erők közé tartozó erők némelyike a gravitációs erő, az elektromos erő és a mágneses erő.
3. példa
A Coulomb-erő és a gravitációs erő konzervatív erők.
Mert
A Coulomb-erő és a gravitációs erő fordítottan arányos a távolság négyzetével
Vita
Az elektromos erő és a gravitációs erő konzervatív erők, nem azért, mert nagyságuk fordítottan arányos a távolság négyzetével. Mindkettő konzervatív erő, mert a teher hordozásához e két erő hatása alatt végzett munka nem függ a megtett úttól vagy pályától, hanem csak a teher kezdeti és végső helyzetétől.
Egy erő konzervatív erő, ha a testen végzett munkája…
(1) csak a kezdeti és a végállapottól függ
(2) megegyezik a tárgy potenciális energiájának változásával
(3) nem függ a mozgáspálya alakjától
(4) nem függ a potenciális energia változásától
Vita
Egy erő konzervatív erő, ha a testen végzett munkája
(1) csak a kezdeti és a végállapottól függ
(3) nem függ a mozgáspálya alakjától
