Forca konservative dhe forca jokonservatore
1. Forca Konservatore
1.1 Pesha (në peshë)
Vëzhgoni një objekt i cili lëviz vertikalisht lart derisa të arrijë një lartësi maksimale përpara se të lëvizë poshtë drejt pozicionit të tij fillestar. Kur lëviz vertikalisht lart me h, pesha është në drejtim të kundërt me zhvendosjen. Kështu, pesha kryen punë negative mbi objektin.
W = wh (cos 180 o ) = – wh = – mgh
Pasi arrin një lartësi maksimale, objekti lëviz poshtë drejt pozicionit të tij fillestar me h. Kur lëviz poshtë, pesha është në të njëjtin drejtim me zhvendosjen. Meqenëse është në të njëjtin drejtim me zhvendosjen, pesha kryen punë pozitive.
W = wh (cos 0 o ) = wh = mgh
Masa (m), nxitimi gravitacional (g) dhe lartësia (h) e objektit janë të njëjta, kështu që puna e kryer nga pesha meqenëse objekti fillon të lëvizë vertikalisht lart derisa të kthehet në pozicionin e tij fillestar zero.
W = mgh – mgh = 0
1.2 Forca e Sustës
Vëzhgoni një sustë të vendosur në një pozicion horizontal. Nëse skaji i djathtë i sustës shtyhet ose kompresohet majtas, susta ushtron një forcë shtytëse djathtas. Mund ta provoni këtë duke kompresuar një sustë. Për shembull, vendosni një objekt në skajin e djathtë, pastaj shtypni objektin majtas. Pasi susta të devijojë me Δx, hiqeni dorën nga objekti dhe susta. Kur dora nuk është më në kontakt me sustën, susta do ta shtyjë objektin përsëri djathtas.
Kur objekti lëviz majtas, drejtimi i lëvizjes dhe zhvendosjes së tij janë të kundërta me drejtimin e forcës së sustës. Meqenëse drejtimet janë të kundërta me njëra-tjetrën, forca e sustës kryen punë negative.
W = – ½ k (Δx) 2
Kur objekti lëviz djathtas, drejtimi i lëvizjes dhe zhvendosjes së tij është i njëjtë me forcën e sustës. Meqenëse drejtimet janë të njëjta, forca e sustës kryen punë pozitive.
W = ½ k (Δx) 2
Susta e përdorur është e njëjtë, kështu që konstantja e sustës (k) është e njëjtë. Devijimi i sustës (Δx) është gjithashtu i njëjtë.
Kështu, puna kryhet nga pesha kur objekti fillon të lëvizë majtas me Δx dhe pastaj lëviz përsëri djathtas me Δx të barabartë me zero.
W = ½ k (Δx) 2 – ½ k (Δx) 2 = 0
Puna kryhet nga pesha dhe forca e sustës që kur objekti fillon të lëvizë nga pozicioni i tij fillestar derisa të kthehet atje është e barabartë me zero. Nëse puna është kryer nga një forcë që lëviz nga pozicioni i tij fillestar derisa të kthehet atje është e barabartë me zero, forca quhet forcë konservative. Si e tillë, forca e sustës dhe pesha janë shembuj të forcave konservative.
2. Forcë Jo-Konservatore
Vëzhgoni një objekt i cili shtyhet djathtas dhe pastaj shtyhet përsëri majtas. Kur objekti lëviz ose zhvendoset djathtas, drejtimi i zhvendosjes së objektit është i njëjtë me drejtimin e forcës shtytëse (F) dhe i kundërt me drejtimin e forcës kinetike të fërkimit (fk ) . Meqenëse është në të njëjtin drejtim me zhvendosjen, forca shtytëse ushtron punë pozitive mbi objektin.
W = F s
Përkundrazi, forca kinetike e fërkimit bën punë negative mbi objektin.
W = – f k s
Puna u krye nga forca e shtytjes dhe forca e fërkimit mbi objektin, kur objekti fillon të lëvizë nga pozicioni i tij fillestar derisa të kthehet, ekziston:
W = 2 F s
W = -2 f k s
Puna e kryer nga forca shtytëse dhe forca kinetike e fërkimit që kur objekti fillon të lëvizë nga pozicioni i tij fillestar derisa të kthehet atje nuk është e barabartë me zero. Nëse puna e kryer nga një forcë që kur objekti fillon të lëvizë nga pozicioni i tij fillestar derisa të kthehet atje nuk është e barabartë me zero, forca quhet forcë jo-konservuese. Si e tillë, forca shtytëse dhe forca kinetike e fërkimit janë shembuj të forcave jo-konservuese.
1. Çfarë është një forcë konservative? Një forcë konservative është ajo për të cilën puna e kryer në lëvizjen e një objekti midis dy pikave është e pavarur nga rruga e ndjekur. Forcat gravitacionale dhe elektrostatike janë shembuj të forcave konservative.
2. Si lidhet puna e kryer nga një forcë konservative me energjinë potenciale? Puna e kryer nga një forcë konservative mbi një objekt që lëviz nga pika A në pikën B është e barabartë me ndryshimin negativ të energjisë potenciale (∆U) midis këtyre dy pikave: do të thotë që nëse një objekt fiton energji potenciale, puna e kryer nga forca konservative është negative dhe anasjelltas.
3. Çfarë është një forcë jokonservatore? Një forcë jokonservatore është ajo për të cilën puna e kryer në lëvizjen e një objekti midis dy pikave varet nga rruga e ndjekur. Fërkimi dhe rezistenca e ajrit janë shembuj tipikë të forcave jokonservatore.
4. Si ndikon një forcë jokonservatore në energjinë mekanike të një sistemi? Një forcë jokonservatore mund të ndryshojë energjinë totale mekanike (shumën e energjive kinetike dhe potenciale) të një sistemi. Kjo ndodh sepse puna e kryer nga një forcë jokonservatore nuk ruhet si energji potenciale, por zakonisht transformohet në forma të tjera të energjisë, siç është nxehtësia.
5. Si mund të përcaktohet nëse një forcë është konservative apo jokonservative duke përdorur një trajektore me lak të mbyllur? Për një forcë konservative, puna neto e ushtruar mbi një objekt pasi ai përshkon një trajektore të plotë me lak të mbyllur është zero. Nëse puna neto e ushtruar mbi një lak të mbyllur nuk është zero, forca është jokonservative.
6. Çfarë roli luan përkulja e një fushe force në përcaktimin nëse një forcë është konservative? Nëse përkulja e një fushe force është zero kudo në hapësirë, forca është konservative. Nëse përkulja nuk është zero, atëherë forca është jokonservatore.
7. Si lidhet energjia potenciale gravitacionale me forcat konservative? Energjia potenciale gravitacionale lind për shkak të natyrës konservative të forcës gravitacionale. Një rritje në lartësi në një fushë gravitacionale çon në një rritje të energjisë potenciale gravitacionale, ndërsa puna e bërë nga forca gravitacionale është negative, duke nënkuptuar një rënie të energjisë potenciale kur një objekt lëviz më afër Tokës.
8. Pse fërkimi nuk ka një energji potenciale të shoqëruar si forcat e tjera konservative? Fërkimi është një forcë jokonservatore; prandaj, puna e kryer nga fërkimi nuk ruhet si energji potenciale. Në vend të kësaj, ajo shpesh transformohet në forma të tjera, siç është nxehtësia, dhe nuk mund të rikuperohet plotësisht si energji mekanike.
9. Në një skenar ku një objekt rrëshqet poshtë një plani të pjerrët, si luajnë rol forcat konservative dhe jo-konservatore? Kur një objekt rrëshqet poshtë një plani të pjerrët, forca gravitacionale, një forcë konservative, vepron mbi objektin, duke e shndërruar energjinë e tij potenciale në energji kinetike. Nëse ka fërkim midis objektit dhe planit të pjerrët (një forcë jo-konservatore), ajo do të kundërshtojë lëvizjen dhe do të zvogëlojë energjinë kinetike të objektit, duke e shndërruar një pjesë të saj në nxehtësi.
10. A mund të ruhet energjia totale e një sistemi edhe nëse janë në veprim forca jokonservative? Po, energjia totale e një sistemi (duke përfshirë të gjitha format e energjisë si mekanike, termike, etj.) mbetet e ruajtur sipas ligjit të ruajtjes së energjisë. Megjithatë, kur veprojnë forcat jokonservative, energjia mekanike (shuma e energjive kinetike dhe potenciale) mund të mos ruhet sepse një pjesë e saj shndërrohet në forma të tjera të energjisë, siç janë nxehtësia ose zëri.
