Daya konservatif dan daya bukan konservatif
1. Pasukan Konservatif
1.1 Berat (w)
Perhatikan objek yang bergerak secara menegak ke atas sehingga mencapai ketinggian maksimum sebelum bergerak ke bawah menuju kedudukan awalnya. Apabila bergerak secara menegak ke atas sebanyak h, berat adalah bertentangan arah dengan sesaran. Oleh itu, berat melakukan kerja negatif pada objek.
W = wh (cos 180 o ) = – wh = – mgh
Selepas mencapai ketinggian maksimum, objek bergerak ke bawah menuju kedudukan awalnya sebanyak h. Apabila bergerak ke bawah, berat berada dalam arah yang sama dengan anjakan. Oleh kerana ia berada dalam arah yang sama dengan anjakan, berat melakukan kerja positif.
W = wh (cos 0 o ) = wh = mgh
Jisim objek (m), pecutan graviti (g), dan tinggi (h) adalah sama, jadi kerja dilakukan oleh berat kerana objek mula bergerak menegak ke atas sehingga ia kembali ke kedudukan awalnya iaitu sifar.
W = mgh – mgh = 0
1.2 Daya Pegas
Perhatikan sebuah spring yang diletakkan dalam kedudukan mendatar. Jika hujung kanan spring ditolak atau dimampatkan ke kiri, spring tersebut akan mengenakan daya tujahan ke kanan. Anda boleh membuktikannya dengan memampatkan spring. Contohnya, letakkan objek di hujung kanan, kemudian tekan objek tersebut ke kiri. Selepas spring menyimpang sebanyak Δx, tanggalkan tangan anda dari objek dan spring tersebut. Apabila tangan tidak lagi bersentuhan dengan spring, spring tersebut akan menolak objek tersebut kembali ke kanan.
Apabila objek bergerak ke kiri, arah gerakan dan sesarannya adalah bertentangan dengan arah daya spring. Oleh kerana arah tersebut bertentangan antara satu sama lain, daya spring melakukan kerja negatif.
W = – ½ k (Δx) 2
Apabila objek bergerak ke kanan, arah gerakan dan sesarannya adalah sama dengan daya spring. Oleh kerana arahnya sama, daya spring melakukan kerja positif.
W = ½ k (Δx) 2
Spring yang digunakan adalah sama, jadi pemalar spring (k) adalah sama. Sisihan spring (Δx) juga sama.
Oleh itu, kerja dilakukan mengikut berat apabila objek mula bergerak ke kiri sebanyak Δx dan kemudian bergerak kembali ke kanan sebanyak Δx ialah sifar.
W = ½ k (Δx) 2 – ½ k (Δx) 2 = 0
Kerja dilakukan oleh berat dan daya spring memandangkan objek mula bergerak dari kedudukan awalnya sehingga ia kembali, kedudukannya sama dengan sifar. Jika kerja dilakukan oleh suatu daya memandangkan ia bergerak dari kedudukan awalnya sehingga ia kembali, kedudukannya sama dengan sifar, daya tersebut dipanggil daya konservatif. Oleh itu, daya spring dan berat adalah contoh daya konservatif.
2. Daya Bukan Konservatif
Perhatikan objek yang ditolak ke kanan dan kemudian ditolak ke kiri. Apabila objek bergerak atau tersesar ke kanan, arah sesaran objek adalah sama dengan arah daya tujahan (F) dan bertentangan dengan arah daya geseran kinetik (fk ) . Oleh kerana ia berada dalam arah yang sama dengan sesaran, daya tujahan melakukan kerja positif pada objek.
W = Fs
Sebaliknya, daya geseran kinetik melakukan kerja negatif pada objek.
W = – f k s
Kerja itu dilakukan oleh daya tujahan dan daya geseran pada objek apabila objek mula bergerak dari kedudukan awal sehingga ia kembali, terdapat:
W = 2 Fs
W = -2 f k s
Kerja dilakukan oleh daya tujahan dan daya geseran kinetik memandangkan objek mula bergerak dari kedudukan awalnya sehingga ia kembali ke kedudukan sifar. Jika kerja yang dilakukan oleh daya sejak objek mula bergerak dari kedudukan awalnya sehingga ia kembali ke kedudukan sifar tidak sama dengan sifar, daya tersebut dipanggil daya bukan konservatif. Oleh itu, daya tujahan dan daya geseran kinetik adalah contoh daya bukan konservatif.
1. Apakah itu daya konservatif? Daya konservatif ialah daya yang mana kerja yang dilakukan dalam menggerakkan objek antara dua titik adalah bebas daripada laluan yang diambil. Daya graviti dan elektrostatik adalah contoh daya konservatif.
2. Bagaimanakah kerja yang dilakukan oleh daya konservatif berkaitan dengan tenaga keupayaan? Kerja yang dilakukan oleh daya konservatif ke atas objek yang bergerak dari titik A ke titik B adalah sama dengan perubahan negatif dalam tenaga keupayaan (∆U) antara dua titik tersebut: Ini bermakna jika sesuatu objek memperoleh tenaga keupayaan, kerja yang dilakukan oleh daya konservatif adalah negatif, dan sebaliknya.
3. Apakah daya bukan konservatif? Daya bukan konservatif ialah daya yang mana kerja yang dilakukan dalam menggerakkan objek antara dua titik bergantung pada laluan yang diambil. Geseran dan rintangan udara adalah contoh tipikal daya bukan konservatif.
4. Bagaimanakah daya bukan konservatif mempengaruhi tenaga mekanikal sesuatu sistem? Daya bukan konservatif boleh mengubah jumlah tenaga mekanikal (jumlah tenaga kinetik dan tenaga keupayaan) sesuatu sistem. Ini kerana kerja yang dilakukan oleh daya bukan konservatif tidak disimpan sebagai tenaga keupayaan tetapi biasanya diubah menjadi bentuk tenaga lain, seperti haba.
5. Bagaimanakah seseorang boleh menentukan sama ada suatu daya adalah konservatif atau tidak konservatif menggunakan laluan gelung tertutup? Bagi daya konservatif, kerja bersih yang dilakukan pada objek selepas ia bergerak dalam laluan gelung tertutup yang lengkap adalah sifar. Jika kerja bersih yang dilakukan pada gelung tertutup bukan sifar, daya tersebut adalah tidak konservatif.
6. Apakah peranan yang dimainkan oleh lengkungan medan daya dalam menentukan sama ada sesuatu daya itu konservatif? Jika lengkungan medan daya adalah sifar di mana-mana di ruang, daya itu adalah konservatif. Jika lengkungan itu bukan sifar, maka daya itu adalah tidak konservatif.
7. Bagaimanakah tenaga keupayaan graviti berkaitan dengan daya konservatif? Tenaga keupayaan graviti timbul disebabkan oleh sifat konservatif daya graviti. Peningkatan ketinggian dalam medan graviti membawa kepada peningkatan tenaga keupayaan graviti, manakala kerja yang dilakukan oleh daya graviti adalah negatif, yang menunjukkan penurunan tenaga keupayaan apabila objek bergerak lebih dekat ke Bumi.
8. Mengapakah geseran tidak mempunyai tenaga keupayaan yang berkaitan seperti daya konservatif yang lain? Geseran ialah daya bukan konservatif; oleh itu, kerja yang dilakukan oleh geseran tidak disimpan sebagai tenaga keupayaan. Sebaliknya, ia sering berubah menjadi bentuk lain, seperti haba, dan tidak boleh dipulihkan sepenuhnya sebagai tenaga mekanikal.
9. Dalam senario di mana sesuatu objek meluncur menuruni satah condong, bagaimanakah daya konservatif dan daya bukan konservatif memainkan peranan? Apabila sesuatu objek meluncur menuruni satah condong, daya graviti, iaitu daya konservatif, bertindak ke atas objek tersebut, menukarkan tenaga keupayaannya kepada tenaga kinetik. Jika terdapat geseran antara objek dan satah condong (daya bukan konservatif), ia akan menentang gerakan dan mengurangkan tenaga kinetik objek, menukarkan sebahagian daripadanya kepada haba.
10. Bolehkah jumlah tenaga sistem dijimatkan walaupun daya bukan konservatif memainkan peranan? Ya, jumlah tenaga sistem (termasuk semua bentuk tenaga seperti mekanikal, terma, dll.) kekal terpelihara mengikut hukum pemuliharaan tenaga. Walau bagaimanapun, apabila daya bukan konservatif bertindak, tenaga mekanikal (jumlah tenaga kinetik dan tenaga keupayaan) mungkin tidak terpelihara kerana sebahagian daripadanya ditukar kepada bentuk tenaga lain, seperti haba atau bunyi.
