Një forcë konservative nuk është emri i një force, siç është graviteti, fërkimi, etj. Një forcë konservative përshkruan natyrën e një force. Nëse puna totale e kryer nga një forcë mbi një objekt, gjatë kohës që objekti largohet nga pozicioni i tij origjinal derisa objekti të kthehet në pozicionin e tij origjinal, është e barabartë me zero, atëherë forca është një forcë konservative. Një forcë quhet konservative nëse puna e kryer nga forca mbi një objekt nuk varet nga rruga që merr objekti, por vetëm nga ndryshimi në pozicionet e tij fillestare dhe përfundimtare.
Përkufizimi i stilit konservator është më i lehtë për t’u kuptuar nëse e kuptoni tashmë të kuptuarit e punës në fizikëStudioni dy shembujt e mëposhtëm të pyetjeve për të kuptuar konceptin e forcës konservative.
Shembulli 1
Konsideroni një objekt që lëviz vertikalisht lart dhe pastaj objekti lëviz vertikalisht poshtë në pozicionin e tij origjinal.
Kur një objekt lëviz lart, drejtimi i zhvendosjes së objektit është lart, ndërsa drejtimi i forcës gravitacionale ose peshës (w) është poshtë. Drejtimi i zhvendosjes së objektit është i kundërt me drejtimin e forcës gravitacionale, prandaj forca gravitacionale kryen punë negative.
W1 = F s = wh (cos 180) = wh (-1) = – wh = – mgh
Kur një objekt lëviz poshtë drejt pozicionit të tij origjinal, drejtimi i zhvendosjes së objektit është poshtë dhe drejtimi i forcës gravitacionale është gjithashtu poshtë. Drejtimi i zhvendosjes së objektit është i njëjtë me drejtimin e forcës gravitacionale, prandaj forca gravitacionale kryen punë pozitive.
W2 = F s = wh (cos 0) = wh (1) = wh
Puna totale e bërë nga forca gravitacionale mbi një objekt gjatë kohës që objekti lëviz lart e poshtë është e barabartë me zero.
Wtotal = W1 + W2 = – wh + wh = 0
Për shembull, masa e një objekti (m) = 1 kg, nxitimi gravitacional (g) = 10 m/s2 dhe lartësia (h) = 1 metër pastaj W1 = -10 Xhaul dhe W2 = 10 Xhul. Puna totale = – 10 Xhul + 10 Xhul = 0
Shembulli 2
Konsideroni një objekt që lëviz nga një luginë në një majë dhe pastaj lëviz përsëri në luginë.
Për sa kohë që një objekt lëviz në një plan të pjerrët, vetëm komponenti horizontal i forcës gravitacionale (w sin theta) kryen punë mbi objektin. Kur një objekt lëviz nga lugina në majë të planit të pjerrët, drejtimi i zhvendosjes është i kundërt me drejtimin e komponentit horizontal të forcës gravitacionale (w sin theta), prandaj forca gravitacionale kryen punë negative.
Puna e kryer nga forca e gravitetit mbi një objekt ndërsa ai lëviz nga lugina në majë.
W1 = – F s = – (w sin theta)(s) = – ws sin theta
Meqenëse sin theta = h / s ose h = s sin theta, atëherë formula e mësipërme ndryshohet në
W1 = – wh = – mgh
Kur një objekt lëviz nga një majë në një luginë, zhvendosja është në të njëjtin drejtim me përbërësin horizontal të forcës gravitacionale, prandaj forca gravitacionale kryen punë pozitive.
W2 = wh = mgh
Përpjekje totale
Totali = – mgh + mgh = 0
Për shembull, masa e një objekti (m) = 1 kg, nxitimi gravitacional (g) = 10 m/s2 dhe lartësia (h) = 1 metër pastaj W1 = -10 Xhaul dhe W2 = 10 Xhul. Puna totale = – 10 Xhul + 10 Xhul = 0
Bazuar në formulën e përdorur në shembullin 2, mund të konkludohet se puna e bërë nga forca gravitacionale mbi një objekt kur objekti lëviz përgjatë një plani të pjerrët për një distancë prej s është e njëjtë me punën e bërë nga forca gravitacionale mbi objektin nëse objekti lëviz pingul për një distancë prej h.
Pra, puna e bërë nga forca gravitacionale nuk varet nga rruga e përshkuar, por vetëm nga ndryshimi i lartësisë. Me fjalë të tjera, puna e bërë nga forcë gravitacionale varet vetëm nga pozicioni fillestar dhe pozicioni përfundimtar.
Këto dy shembuj tregojnë se forca gravitacionale është një forcë konservative. Një forcë është një forcë konservative nëse plotëson dy kushte. Së pari, puna totale e bërë nga forca mbi një objekt gjatë kohës që objekti largohet nga pozicioni i tij fillestar derisa të kthehet në pozicionin e tij fillestar është e barabartë me zero (krahaso shembullin 1). Së dyti, puna totale e bërë nga forca mbi një objekt nuk varet nga rruga e ndjekur nga objekti, por varet nga ndryshimi i pozicionit (krahaso shembullin 2).
Disa forca që përfshihen në forcat konservative janë forca gravitacionale, forca elektrike, forca magnetike.
Shembulli 3
Forca e Kulonit dhe forca gravitacionale janë forca konservative.
Sebab
Forca e Kulombit dhe forca gravitacionale janë në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës
Diskutim
Forca elektrike dhe forca gravitacionale janë forca konservative, jo sepse madhësitë e tyre janë në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës. Të dyja janë forca konservative sepse puna e bërë për të mbajtur një ngarkesë nën ndikimin e këtyre dy forcave nuk varet nga rruga ose rruga e përshkuar, por vetëm nga pozicionet fillestare dhe përfundimtare të ngarkesës.
Një forcë është një forcë konservative nëse puna që ajo ushtron mbi një objekt…
(1) varet vetëm nga gjendja fillestare dhe gjendja përfundimtare
(2) është e njëjtë me ndryshimin në energjinë potenciale të objektit
(3) nuk varet nga forma e trajektores së lëvizjes
(4) nuk varet nga ndryshimet në energjinë potenciale
Diskutim
Një forcë është forcë konservative nëse puna që ajo ushtron mbi një objekt
(1) varet vetëm nga gjendja fillestare dhe gjendja përfundimtare
(3) nuk varet nga forma e trajektores së lëvizjes
