Консерватив хүч ба консерватив бус хүч
1. Консерватив хүчин
1.1 Жин (ж)
Босоо чиглэлд дээшээ хөдөлж, дараа нь анхны байрлал руугаа доошоо хөдөлж буй объектыг ажигла. Босоо чиглэлд дээшээ h хөдөлгөөн хийх үед жин нь шилжилтийн эсрэг чиглэлд байна. Тиймээс жин нь объект дээр сөрөг ажил хийдэг.
W = wh (cos 180 o ) = – wh = – мг/цаг
Хамгийн дээд өндөрт хүрсний дараа объект анхны байрлал руугаа h-ээр доош хөдөлдөг. Доошоо хөдлөхөд жин нь шилжилттэй ижил чиглэлд байна. Учир нь жин нь шилжилттэй ижил чиглэлд байна.
W = wh (cos 0 o ) = wh = mgh
Биетийн масс (m), таталцлын хурдатгал (g), өндөр (h) нь ижил тул ажил нь жингээр хийгддэг, учир нь биет босоо чиглэлд дээшээ хөдөлж эхлэх бөгөөд анхны байрлал нь тэг болох хүртэл буцдаг.
W = мг/цаг – мг/цаг = 0
1.2 Пүршний хүч
Хэвтээ байрлалд байрлуулсан пүршийг ажиглаарай. Хэрэв пүршний баруун үзүүрийг зүүн тийш түлхсэн эсвэл шахсан бол пүрш баруун тийш түлхэх хүчийг үйлчилнэ. Та үүнийг пүршийг шахаж баталж болно. Жишээлбэл, баруун үзүүрт объект тавиад, зүүн тийш объектыг дарна уу. Пүрш Δx-ээр хазайсны дараа гараа объект болон пүршнээс салга. Гар пүрштэй холбоогүй болсон үед пүрш объектыг баруун тийш буцааж түлхэнэ.
Биет зүүн тийш хөдлөхөд түүний хөдөлгөөн ба шилжилтийн чиглэл нь пүршний хүчний чиглэлийн эсрэг байна. Чиглэлүүд нь бие биенийхээ эсрэг тул пүршний хүч сөрөг ажил хийдэг.
W = – ½ k (Δx) 2
Биет баруун тийш хөдлөхөд түүний хөдөлгөөн ба шилжилтийн чиглэл нь пүршний хүчтэй ижил байна. Чиглэлүүд ижил тул пүршний хүч эерэг ажил хийдэг.
W = ½ k (Δx) 2
Ашигласан пүрш ижил тул пүршний тогтмол (k) ижил байна. Пүршний хазайлт (Δx) мөн ижил байна.
Тиймээс объект Δx-ээр зүүн тийш хөдөлж эхлэхэд, дараа нь Δx тэгээр баруун тийш буцаж хөдлөхөд ажил нь жингээр хийгддэг.
W = ½ k (Δx) 2 – ½ k (Δx) 2 = 0
Биет анхны байрлалаасаа хөдөлж эхлэхэд буцаж ирэхэд тэгтэй тэнцүү тул ажлыг жин болон пүршний хүчээр гүйцэтгэдэг. Хэрэв ажил нь анхны байрлалаасаа хөдөлж буцаж ирэхэд тэгтэй тэнцүү тул хүчний хүчээр хийгдсэн бол уг хүчийг консерватив хүч гэж нэрлэдэг. Иймд пүршний хүч болон жин нь консерватив хүчний жишээ юм.
2. Консерватив бус хүч
Баруун тийш түлхэгдэж, дараа нь зүүн тийш буцаж түлхэгдсэн объектыг ажиглаарай. Объект баруун тийш хөдлөх эсвэл шилжиж байх үед объектын шилжилтийн чиглэл нь түлхэлтийн хүчний чиглэлтэй (F) ижил бөгөөд кинетик үрэлтийн хүчний чиглэлийн эсрэг байна (fk ) . Энэ нь шилжилттэй ижил чиглэлд байгаа тул түлхэлтийн хүч нь объект дээр эерэг ажил хийдэг.
W = Fs
Үүний эсрэгээр кинетик үрэлтийн хүч нь объект дээр сөрөг ажил хийдэг.
W = – f k s
Объект анхны байрлалаасаа хөдөлж эхлэхэд буцаж ирэх хүртэл түлхэлтийн хүч болон үрэлтийн хүчээр биет дээр үйлчилсэн ажил дараах байдалтай байна:
W = 2 F s
W = -2 f k s
Биет анхны байрлалаасаа хөдөлж эхэлснээс хойш буцаж ирэх хүртэл хүчний хийсэн ажил тэгтэй тэнцүү биш тул түлхэлтийн хүч болон кинетик үрэлтийн хүчээр ажил хийгддэг. Хэрэв биет анхны байрлалаасаа хөдөлж эхэлснээс хойш буцаж ирэх хүртэл хүчний хийсэн ажил тэгтэй тэнцүү биш бол уг хүчийг консерватив бус хүч гэж нэрлэдэг. Иймд түлхэлтийн хүч болон кинетик үрэлтийн хүч нь консерватив бус хүчний жишээ юм.
1. Консерватив хүч гэж юу вэ? Консерватив хүч гэдэг нь объектыг хоёр цэгийн хооронд хөдөлгөхөд хийгдсэн ажил нь явсан замаас хамааралгүй хүч юм. Таталцлын болон электростатик хүч нь консерватив хүчний жишээ юм.
2. Консерватив хүчний хийсэн ажил нь потенциал энергитэй хэрхэн холбоотой вэ? А цэгээс В цэг рүү хөдөлж буй объект дээр консерватив хүчний хийсэн ажил нь эдгээр хоёр цэгийн хоорондох потенциал энергийн сөрөг өөрчлөлттэй (∆U) тэнцүү байна: Энэ нь хэрэв объект потенциал энерги олж авбал консерватив хүчний хийсэн ажил сөрөг, эсрэгээрээ гэсэн үг юм.
3. Консерватив бус хүч гэж юу вэ? Консерватив бус хүч гэдэг нь объектыг хоёр цэгийн хооронд хөдөлгөхөд хийгдсэн ажил нь явсан замаас хамаардаг хүч юм. Үрэлт ба агаарын эсэргүүцэл нь консерватив бус хүчний ердийн жишээ юм.
4. Консерватив бус хүч нь системийн механик энергид хэрхэн нөлөөлдөг вэ? Консерватив бус хүч нь системийн нийт механик энергийг (кинетик ба потенциал энергийн нийлбэр) өөрчилж чаддаг. Учир нь консерватив бус хүчний хийсэн ажил нь потенциал энерги болж хадгалагддаггүй бөгөөд ихэвчлэн дулаан гэх мэт бусад төрлийн энерги болж хувирдаг.
5. Хүч нь битүү гогцооны замыг ашиглан консерватив эсвэл консерватив бус эсэхийг хэрхэн тодорхойлох вэ? Консерватив хүчний хувьд объект бүрэн битүү гогцооны замаар явсны дараа дээр хийгдсэн цэвэр ажил тэгтэй тэнцүү байна. Хэрэв битүү гогцоонд хийгдсэн цэвэр ажил тэг биш бол хүч нь консерватив бус байна.
6. Хүчний талбайн муруйлт нь хүчний консерватив эсэхийг тодорхойлоход ямар үүрэг гүйцэтгэдэг вэ? Хэрэв хүчний талбайн муруйлт нь орон зайд хаа сайгүй тэг бол хүч нь консерватив байна. Хэрэв муруйлт нь тэг биш бол хүч нь консерватив бус байна.
7. Таталцлын потенциал энерги нь консерватив хүчтэй хэрхэн холбогддог вэ? Таталцлын потенциал энерги нь таталцлын хүчний консерватив шинж чанараас болж үүсдэг. Таталцлын талбайн өндрийн өсөлт нь таталцлын потенциал энергийг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг бол таталцлын хүчний хийсэн ажил сөрөг бөгөөд энэ нь объект Дэлхийд ойртох үед потенциал энерги буурдаг гэсэн үг юм.
8. Яагаад үрэлт нь бусад консерватив хүчний адил холбогдох потенциал энергитэй байдаггүй вэ? Үрэлт нь консерватив бус хүч; тиймээс үрэлтийн хийсэн ажил потенциал энерги болж хадгалагддаггүй. Үүний оронд энэ нь ихэвчлэн дулаан гэх мэт бусад хэлбэрт хувирдаг бөгөөд механик энерги болгон бүрэн сэргээгддэггүй.
9. Биет налуу хавтгайгаар гулсах үед консерватив болон консерватив бус хүчнүүд хэрхэн үүрэг гүйцэтгэдэг вэ? Биет налуу хавтгайгаар гулсах үед консерватив хүч болох таталцлын хүч нь биет дээр үйлчилж, түүний потенциал энергийг кинетик энерги болгон хувиргадаг. Хэрэв биет болон налуу хавтгайн хооронд үрэлт (консерватив бус хүч) байвал энэ нь хөдөлгөөнийг эсэргүүцэж, биетийн кинетик энергийг бууруулж, зарим хэсгийг нь дулаан болгон хувиргадаг.
10. Консерватив бус хүчнүүд нөлөөлсөн ч системийн нийт энерги хадгалагдаж чадах уу? Тийм ээ, системийн нийт энерги (механик, дулааны гэх мэт бүх төрлийн энергийг оруулаад) нь энерги хадгалагдах хуулийн дагуу хадгалагдсаар байна. Гэсэн хэдий ч консерватив бус хүч үйлчлэх үед механик энерги (кинетик ба потенциал энергийн нийлбэр) хадгалагдахгүй байж магадгүй, учир нь түүний зарим хэсэг нь дулаан эсвэл дуу чимээ гэх мэт бусад төрлийн энерги болж хувирдаг.
