Forza konservattiva u forza mhux konservattiva
1. Forza Konservattiva
1.1 Piż (w)
Osserva oġġett li jiċċaqlaq vertikalment 'il fuq sakemm jilħaq għoli massimu qabel ma jiċċaqlaq 'l isfel lejn il-pożizzjoni inizjali tiegħu. Meta jiċċaqlaq vertikalment 'il fuq b'h, il-piż ikun oppost fid-direzzjoni mill-ispostament. Għalhekk, il-piż jagħmel xogħol negattiv fuq l-oġġett.
W = wh (cos 180o) = – wh = – mgh
Wara li jilħaq għoli massimu, l-oġġett jiċċaqlaq 'l isfel lejn il-pożizzjoni inizjali tiegħu b'h. Meta jiċċaqlaq 'l isfel, il-piż ikun fl-istess direzzjoni bħall-ispostament. Minħabba li jkun fl-istess direzzjoni bħall-ispostament, il-piż jagħmel xogħol pożittiv.
W = wh (cos 0o) = wh = mgh
Il-massa tal-oġġett (m), l-aċċelerazzjoni gravitazzjonali (g), u l-għoli (h) huma l-istess, għalhekk ix-xogħol isir mill-piż peress li l-oġġett jibda jiċċaqlaq vertikalment 'il fuq sakemm jerġa' lura għall-pożizzjoni inizjali tiegħu li hija żero.
W = mgh – mgh = 0
1.2 Forza tar-Rebbiegħa
Osserva molla mqiegħda f'pożizzjoni orizzontali. Jekk it-tarf tal-lemin tal-molla jiġi mbuttat jew ikkompressat lejn ix-xellug, il-molla teżerċita forza ta' imbottatura lejn il-lemin. Tista' tipprova dan billi tikkompressa molla. Pereżempju, poġġi oġġett fuq it-tarf tal-lemin, imbagħad agħfas l-oġġett lejn ix-xellug. Wara li l-molla tiddevja b'Δx, neħħi idejk mill-oġġett u mill-molla. Meta l-id ma tibqax f'kuntatt mal-molla, il-molla timbotta l-oġġett lura lejn il-lemin.
Meta l-oġġett jiċċaqlaq lejn ix-xellug, id-direzzjoni tal-moviment u l-ispostament tiegħu huma opposti għad-direzzjoni tal-forza tar-rebbiegħa. Minħabba li d-direzzjonijiet huma opposti għal xulxin, il-forza tar-rebbiegħa tagħmel xogħol negattiv.
W = – ½ k (Δx)2
Meta l-oġġett jiċċaqlaq lejn il-lemin, id-direzzjoni tal-moviment u l-ispostament tiegħu hija l-istess bħall-forza tar-rebbiegħa. Minħabba li d-direzzjonijiet huma l-istess, il-forza tar-rebbiegħa tagħmel xogħol pożittiv.
W = ½ k (Δx)2
Ir-rebbiegħa użata hija l-istess, għalhekk il-kostanti tar-rebbiegħa (k) hija l-istess. Id-devjazzjoni tar-rebbiegħa (Δx) hija wkoll l-istess.
Għalhekk, ix-xogħol isir bil-piż meta l-oġġett jibda jiċċaqlaq lejn ix-xellug b'Δx u mbagħad jiċċaqlaq lura lejn il-lemin b'Δx li huwa żero.
W = ½ k (Δx)2 – ½ k (Δx)2 = 0
Ix-xogħol isir bil-piż u l-forza tar-rebbiegħa minn meta l-oġġett jibda jiċċaqlaq mill-pożizzjoni inizjali tiegħu sakemm jirritorna hemm hija ugwali għal żero. Jekk ix-xogħol sar minn forza minn meta jiċċaqlaq mill-pożizzjoni inizjali tiegħu sakemm jirritorna hemm hija ugwali għal żero, il-forza tissejjaħ forza konservattiva. Għalhekk, il-forza tar-rebbiegħa u l-piż huma eżempji ta' forzi konservattivi.
2. Forza Mhux Konservattiva
Osserva oġġett li jiġi mbuttat lejn il-lemin u mbagħad imbuttat lura lejn ix-xellug. Meta l-oġġett ikun qed jiċċaqlaq jew jiġi spostat lejn il-lemin, id-direzzjoni tal-ispostament tal-oġġett hija l-istess bħad-direzzjoni tal-forza ta' spinta (F) u opposta għad-direzzjoni tal-forza ta' frizzjoni kinetika (fk). Peress li tinsab fl-istess direzzjoni bħall-ispostament, il-forza ta' spinta tagħmel xogħol pożittiv fuq l-oġġett.
W = Fs
Għall-kuntrarju, il-forza frizzjonali kinetika tagħmel xogħol negattiv fuq l-oġġett.
W = – fk s
Ix-xogħol sar mill-forza ta' spinta u l-forza ta' frizzjoni fuq l-oġġett meta l-oġġett jibda jiċċaqlaq mill-pożizzjoni inizjali tiegħu sakemm jirritorna hemm:
W = 2 F s
W = -2 fk s
Ix-xogħol isir mill-forza ta' spinta u l-forza ta' frizzjoni kinetika minn meta l-oġġett jibda jiċċaqlaq mill-pożizzjoni inizjali tiegħu sakemm jirritorna hemm mhuwiex ugwali għal żero. Jekk ix-xogħol magħmul minn forza minn meta l-oġġett jibda jiċċaqlaq mill-pożizzjoni inizjali tiegħu sakemm jirritorna hemm mhuwiex ugwali għal żero, il-forza tissejjaħ forza mhux konservattiva. Għalhekk, il-forza ta' spinta u l-forza ta' frizzjoni kinetika huma eżempji ta' forzi mhux konservattivi.
1. X'inhi forza konservattiva? Forza konservattiva hija waħda li għaliha x-xogħol li jsir biex oġġett jiċċaqlaq bejn żewġ punti huwa indipendenti mit-triq meħuda. Il-forzi gravitazzjonali u elettrostatiċi huma eżempji ta' forzi konservattivi.
2. Kif huwa relatat ix-xogħol magħmul minn forza konservattiva mal-enerġija potenzjali? Ix-xogħol li jsir minn forza konservattiva fuq oġġett li jiċċaqlaq minn punt A għal punt B huwa ugwali għall-bidla negattiva fl-enerġija potenzjali (∆U) bejn dawk iż-żewġ punti: Dan ifisser li jekk oġġett jikseb enerġija potenzjali, ix-xogħol magħmul mill-forza konservattiva huwa negattiv, u viċi versa.
3. X'inhi forza mhux konservattiva? Forza mhux konservattiva hija waħda li għaliha x-xogħol li jsir biex oġġett jiċċaqlaq bejn żewġ punti jiddependi mit-triq meħuda. Il-frizzjoni u r-reżistenza tal-arja huma eżempji tipiċi ta' forzi mhux konservattivi.
4. Kif forza mhux konservattiva taffettwa l-enerġija mekkanika ta' sistema? Forza mhux konservattiva tista' tbiddel l-enerġija mekkanika totali (is-somma tal-enerġiji kinetika u potenzjali) ta' sistema. Dan għaliex ix-xogħol magħmul minn forza mhux konservattiva ma jinħażenx bħala enerġija potenzjali iżda ġeneralment jiġi trasformat f'forom oħra ta' enerġija, bħas-sħana.
5. Kif jista' wieħed jiddetermina jekk forza hijiex konservattiva jew mhux konservattiva bl-użu ta' mogħdija ta' ċirkwit magħluq? Għal forza konservattiva, ix-xogħol nett li jsir fuq oġġett wara li dan jivvjaġġa minn rotta ta' ċirkwit magħluq sħiħ huwa żero. Jekk ix-xogħol nett li jsir fuq ċirkwit magħluq mhuwiex żero, il-forza mhijiex konservattiva.
6. X'rwol għandu l-kurvatura ta' kamp ta' forza fid-determinazzjoni ta' jekk forza hijiex konservattiva? Jekk il-kurvatura ta' kamp ta' forza hija żero kullimkien fl-ispazju, il-forza hija konservattiva. Jekk il-kurvatura mhijiex żero, allura l-forza mhijiex konservattiva.
7. Kif inhi relatata l-enerġija potenzjali gravitazzjonali mal-forzi konservattivi? L-enerġija potenzjali gravitazzjonali tinqala' minħabba n-natura konservattiva tal-forza gravitazzjonali. Żieda fl-għoli f'kamp gravitazzjonali twassal għal żieda fl-enerġija potenzjali gravitazzjonali, filwaqt li x-xogħol magħmul mill-forza gravitazzjonali huwa negattiv, li jimplika tnaqqis fl-enerġija potenzjali meta oġġett jersaq eqreb lejn id-Dinja.
8. Għaliex il-frizzjoni m'għandhiex enerġija potenzjali assoċjata bħal forzi konservattivi oħra? Il-frizzjoni hija forza mhux konservattiva; għalhekk, ix-xogħol li jsir mill-frizzjoni ma jinħażenx bħala enerġija potenzjali. Minflok, ħafna drabi jiġi trasformat f'forom oħra, bħas-sħana, u ma jistax jiġi rkuprat kompletament bħala enerġija mekkanika.
9. F'xenarju fejn oġġett jiżżerżaq 'l isfel minn pjan inklinat, x'rwol għandhom il-forzi konservattivi u mhux konservattivi? Meta oġġett jiżżerżaq 'l isfel minn pjan inklinat, il-forza gravitazzjonali, forza konservattiva, taġixxi fuq l-oġġett, u tikkonverti l-enerġija potenzjali tiegħu f'enerġija kinetika. Jekk ikun hemm frizzjoni bejn l-oġġett u l-pjan inklinat (forza mhux konservattiva), din topponi l-moviment u tnaqqas l-enerġija kinetika tal-oġġett, u tikkonverti parti minnha f'sħana.
10. Tista' l-enerġija totali ta' sistema tiġi konservata anke jekk ikunu involuti forzi mhux konservattivi? Iva, l-enerġija totali ta' sistema (inklużi l-forom kollha ta' enerġija bħal mekkanika, termali, eċċ.) tibqa' kkonservata skont il-liġi tal-konservazzjoni tal-enerġija. Madankollu, meta jaġixxu forzi mhux konservattivi, l-enerġija mekkanika (is-somma tal-enerġiji kinetiċi u potenzjali) tista' ma tiġix ikkonservata għaliex parti minnha tiġi kkonvertita f'forom oħra ta' enerġija, bħas-sħana jew il-ħoss.
