Конзервативна сила и неконзервативна сила
1. Конзервативна сила
1.1 Тежина (w)
Набљудувајте предмет кој се движи вертикално нагоре сè додека не достигне максимална висина пред да се движи надолу кон својата почетна положба. Кога се движи вертикално нагоре за h, тежината е во спротивна насока од поместувањето. Така, тежината врши негативна работа врз предметот.
W = wh (cos 180 o ) = – wh = – mgh
Откако ќе достигне максимална висина, предметот се движи надолу кон својата почетна положба за h. Кога се движи надолу, тежината е во иста насока како и поместувањето. Бидејќи е во иста насока како и поместувањето, тежината врши позитивна работа.
W = wh (cos 0 o ) = wh = mgh
Масата (m), гравитационото забрзување (g) и висината (h) на објектот се исти, па затоа тежината ја извршува работата бидејќи објектот почнува да се движи вертикално нагоре сè додека не се врати во својата почетна положба нула.
W = mgh – mgh = 0
1.2 Сила на пружината
Набљудувајте пружина поставена во хоризонтална положба. Ако десниот крај на пружината е турнат или компресиран налево, пружината врши потисна сила надесно. Можете да го докажете ова со компресирање на пружина. На пример, поставете предмет на десниот крај, а потоа притиснете го предметот налево. Откако пружината ќе отстапи за Δx, тргнете ја раката од предметот и пружината. Кога раката повеќе не е во контакт со пружината, пружината ќе го турне предметот назад надесно.
Кога предметот се движи налево, насоката на неговото движење и поместување се спротивни на насоката на силата на пружината. Бидејќи насоките се спротивни една од друга, силата на пружината врши негативна работа.
W = – ½ k (Δx) 2
Кога предметот се движи надесно, насоката на неговото движење и поместување е иста како и силата на пружината. Бидејќи насоките се исти, силата на пружината врши позитивна работа.
W = ½ k (Δx) 2
Пружината што се користи е иста, па затоа константата на пружината (k) е иста. Отстапувањето на пружината (Δx) е исто така исто.
Според тоа, работата се извршува по тежина кога предметот почнува да се движи налево за Δx, а потоа се движи назад надесно за Δx, што е нула.
W = ½ k (Δx) 2 – ½ k (Δx) 2 = 0
Работата ја извршуваат тежината и силата на пружината, бидејќи телото почнува да се движи од својата почетна положба сè додека не се врати, каде што е еднакво на нула. Ако работата ја извршила сила, бидејќи телото се движи од својата почетна положба сè додека не се врати, каде што е еднакво на нула, силата се нарекува конзервативна сила. Како такви, силата на пружината и тежината се примери за конзервативни сили.
2. Неконзервативна сила
Набљудувајте предмет кој е турнат надесно, а потоа турнат назад налево. Кога предметот се движи или се поместува надесно, насоката на поместување на предметот е иста како и насоката на потисната сила (F) и спротивна од насоката на кинетичката сила на триење (fk ) . Бидејќи е во иста насока како и поместувањето, потисната сила врши позитивна работа на предметот.
W = F s
Напротив, кинетичката сила на триење врши негативна работа врз објектот.
W = – f k s
Работата ја извршуваат силата на потисок и силата на триење врз предметот, кога предметот почнува да се движи од својата почетна положба сè додека не се врати, има:
W = 2 F s
W = -2 f k s
Работата што ја извршува силата на потисок и кинетичката сила на триење, бидејќи предметот почнува да се движи од својата почетна положба сè додека не се врати таму, не е еднаква на нула. Ако работата што ја извршува силата откако предметот почнува да се движи од својата почетна положба сè додека не се врати таму, не е еднаква на нула, силата се нарекува неконзервативна сила. Како такви, силата на потисок и кинетичката сила на триење се примери за неконзервативни сили.
1. Што е конзервативна сила? Конзервативна сила е онаа кај која работата извршена при движење на предмет помеѓу две точки е независна од патеката што ја поминува. Гравитационите и електростатските сили се примери за конзервативни сили.
2. Како работата што ја врши конзервативната сила е поврзана со потенцијалната енергија? Работата што ја врши конзервативната сила врз тело кое се движи од точката А до точката Б е еднаква на негативната промена на потенцијалната енергија (∆U) помеѓу тие две точки: Ова значи дека ако телото добие потенцијална енергија, работата што ја врши конзервативната сила е негативна и обратно.
3. Што е неконзервативна сила? Неконзервативна сила е онаа кај која работата извршена при движење на предмет помеѓу две точки зависи од патеката што ја поминал. Триењето и отпорот на воздухот се типични примери на неконзервативни сили.
4. Како неконзервативната сила влијае на механичката енергија на системот? Неконзервативната сила може да ја промени вкупната механичка енергија (збир од кинетичка и потенцијална енергија) на системот. Ова е затоа што работата извршена од неконзервативната сила не се складира како потенцијална енергија, туку обично се трансформира во други форми на енергија, како што е топлината.
5. Како може да се утврди дали силата е конзервативна или неконзервативна користејќи патека во затворена јамка? За конзервативна сила, нето работата извршена врз телото откако ќе помине цела патека во затворена јамка е нула. Ако нето работата извршена преку затворена јамка не е нула, силата е неконзервативна.
6. Каква улога игра свиткувањето на силовото поле во одредувањето дали силата е конзервативна? Ако свиткувањето на силовото поле е нула насекаде во просторот, силата е конзервативна. Ако свиткувањето не е нула, тогаш силата е неконзервативна.
7. Како е поврзана гравитационата потенцијална енергија со конзервативните сили? Гравитационата потенцијална енергија настанува поради конзервативната природа на гравитационата сила. Зголемувањето на висината во гравитационото поле води до зголемување на гравитационата потенцијална енергија, додека работата што ја врши гравитационата сила е негативна, што подразбира намалување на потенцијалната енергија кога некој објект се приближува кон Земјата.
8. Зошто триењето нема поврзана потенцијална енергија како другите конзервативни сили? Триењето е неконзервативна сила; затоа, работата извршена од триењето не се складира како потенцијална енергија. Наместо тоа, таа често се трансформира во други форми, како што е топлината, и не може целосно да се обнови како механичка енергија.
9. Во сценарио каде што објект се лизга по наклонета рамнина, каква улога играат конзервативните и неконзервативните сили? Кога објект се лизга по наклонета рамнина, гравитационата сила, конзервативна сила, дејствува врз објектот, претворајќи ја неговата потенцијална енергија во кинетичка енергија. Ако има триење помеѓу објектот и наклонетата рамнина (неконзервативна сила), таа ќе се спротивстави на движењето и ќе ја намали кинетичката енергија на објектот, претворајќи дел од неа во топлина.
10. Може ли вкупната енергија на системот да се зачува дури и ако се во игра неконзервативни сили? Да, вкупната енергија на системот (вклучувајќи ги сите форми на енергија како што се механичка, топлинска итн.) останува зачувана според законот за зачувување на енергијата. Меѓутоа, кога дејствуваат неконзервативни сили, механичката енергија (збир од кинетички и потенцијални енергии) може да не се зачува бидејќи дел од неа се претвора во други форми на енергија, како што се топлина или звук.
