Қувваи консервативӣ ва қувваи ғайриконсервативӣ
1. Нерӯи муҳофизакор
1.1 Вазн (w)
Объектеро мушоҳида кунед, ки пеш аз он ки ба самти аввалаи худ поён ҳаракат кунад, то ба баландии максималӣ бирасад ва ба самти амудӣ ба боло ҳаракат кунад. Ҳангоми ҳаракати амудӣ ба боло бо h, вазн аз ҷойивазкунӣ муқобил аст. Ҳамин тариқ, вазн ба объект кори манфӣ мекунад.
W = wh (cos 180 o ) = – wh = – мг/соат
Пас аз расидан ба баландии максималӣ, объект ба самти мавқеи ибтидоии худ бо суръати соат ба поён ҳаракат мекунад. Ҳангоми ҳаракат ба поён, вазн дар ҳамон самт бо ҷойивазкунӣ қарор дорад. Азбаски он дар ҳамон самт бо ҷойивазкунӣ қарор дорад, вазн кори мусбат иҷро мекунад.
W = wh (cos 0 o ) = wh = mgh
Массаи объект (m), шитоби ҷозиба (g) ва баландии он (h) якхелаанд, аз ин рӯ, кор аз ҷониби вазн иҷро карда мешавад, зеро объект ба самти амудӣ ба боло ҳаракат мекунад, то он даме ки ба мавқеи ибтидоии худ, ки сифр аст, баргардад.
W = мг – мг = 0
1.2 Қувваи пружинӣ
Пружинаро мушоҳида кунед, ки дар ҳолати уфуқӣ ҷойгир шудааст. Агар нӯги рости пружин ба тарафи чап тела ё фишурда шавад, пружин ба тарафи рост қувваи тела медиҳад. Шумо метавонед инро бо фишурдани пружин исбот кунед. Масалан, як ашёро дар нӯги рост гузоред ва сипас ашёро ба тарафи чап пахш кунед. Пас аз он ки пружин ба андозаи Δx каҷ мешавад, дастатонро аз ашё ва пружин дур кунед. Вақте ки даст дигар бо пружин тамос намегирад, пружин ашёро ба тарафи рост тела медиҳад.
Вақте ки объект ба тарафи чап ҳаракат мекунад, самти ҳаракат ва ҷойивазкунии он муқобили самти қувваи пружин аст. Азбаски самтҳо муқобили якдигаранд, қувваи пружин кори манфӣ иҷро мекунад.
W = – ½ k (Δx) 2
Вақте ки объект ба тарафи рост ҳаракат мекунад, самти ҳаракат ва ҷойивазкунии он бо қувваи пружинӣ якхела аст. Азбаски самтҳо якхелаанд, қувваи пружинӣ кори мусбат иҷро мекунад.
W = ½ k (Δx) 2
Пружинаи истифодашуда якхела аст, бинобар ин доимии пружин (k) якхела аст. Инҳирофи пружин (Δx) низ якхела аст.
Ҳамин тариқ, кор бо вазн вақте иҷро мешавад, ки объект ба тарафи чап бо Δx ҳаракат мекунад ва сипас ба тарафи рост бо Δx сифр бармегардад.
В = ½ к (Δх) 2 – ½ к (Δх) 2 = 0
Кор бо вазн ва қувваи пружинӣ анҷом дода мешавад, зеро объект аз мавқеи ибтидоии худ ҳаракат карданро оғоз мекунад, то он даме ки баргардад, ба сифр баробар аст. Агар кор бо қувва анҷом дода шуда бошад, зеро он аз мавқеи ибтидоии худ ҳаракат мекунад, то он даме ки баргардад, ба сифр баробар аст, қувва қувваи консервативӣ номида мешавад. Ҳамин тариқ, қувваи пружинӣ ва вазн мисолҳои қувваҳои консервативӣ мебошанд.
2. Қувваи ғайриконсервативӣ
Ҷисмеро мушоҳида кунед, ки ба тарафи рост тела дода шуда, сипас ба тарафи чап тела дода мешавад. Вақте ки ҷисм ба тарафи рост ҳаракат мекунад ё ҷойиваз мекунад, самти ҷойивазкунии он бо самти қувваи тела (F) якхела ва баръакси самти қувваи соиши кинетикӣ (fk) аст . Азбаски он дар як самти ҷойивазкунӣ қарор дорад, қувваи теладиҳӣ ба ҷисм кори мусбат мекунад.
W = Fs
Баръакс, қувваи соишӣ кинетикӣ ба ашё кори манфӣ мерасонад.
W = – f k s
Вақте ки объект аз мавқеи ибтидоии худ ҳаракат мекунад, то баргаштанаш, қувваи тела ва қувваи соиш ба объект таъсир мерасонад, кор чунин аст:
W = 2 F s
W = -2 f k s
Кор аз ҷониби қувваи тела ва қувваи соиши кинетикӣ анҷом дода мешавад, зеро ҷисм аз мавқеи ибтидоии худ ҳаракат карданро оғоз мекунад, то он даме ки баргардад, ба сифр баробар нест. Агар кори қувва аз замони ҳаракат кардани ҷисм аз мавқеи ибтидоии худ то он даме ки баргардад, ба сифр баробар набошад, ин қувва қувваи ғайриконсервативӣ номида мешавад. Ҳамин тариқ, қувваи тела ва қувваи соиши кинетикӣ мисолҳои қувваҳои ғайриконсервативӣ мебошанд.
1. Қувваи консервативӣ чист? Қувваи консервативӣ қувваест, ки барои он коре, ки ҳангоми ҳаракат додани объект байни ду нуқта анҷом дода мешавад, аз роҳи тайшуда мустақил аст. Қувваҳои ҷозиба ва электростатикӣ мисолҳои қувваҳои консервативӣ мебошанд.
2. Кори анҷомдодашудаи қувваи консервативӣ бо энергияи потенсиалӣ чӣ гуна алоқаманд аст? Коре, ки қувваи консервативӣ дар ҷисме, ки аз нуқтаи А ба нуқтаи В ҳаракат мекунад, анҷом медиҳад, ба тағйироти манфии энергияи потенсиалӣ (∆U) байни ин ду нуқта баробар аст: Ин маънои онро дорад, ки агар ҷисм энергияи потенсиалӣ ба даст орад, кори анҷомдодашудаи қувваи консервативӣ манфӣ аст ва баръакс.
3. Қувваи ғайриконсервативӣ чист? Қувваи ғайриконсервативӣ қувваи ҳаракатест, ки барои он коре, ки ҳангоми ҳаракат додани объект байни ду нуқта анҷом дода мешавад, аз роҳи тайшуда вобаста аст. Соиш ва муқовимати ҳаво мисолҳои маъмулии қувваҳои ғайриконсервативӣ мебошанд.
4. Қувваи ғайриконсервативӣ чӣ гуна ба энергияи механикии система таъсир мерасонад? Қувваи ғайриконсервативӣ метавонад энергияи умумии механикии (ҷамъи энергияҳои кинетикӣ ва потенсиалӣ) системаро тағйир диҳад. Ин аз он сабаб аст, ки кори анҷомдодашуда аз ҷониби қувваи ғайриконсервативӣ ҳамчун энергияи потенсиалӣ нигоҳ дошта намешавад, балки одатан ба дигар шаклҳои энергия, ба монанди гармӣ табдил меёбад.
5. Чӣ тавр муайян кардан мумкин аст, ки қувва консервативӣ ё ғайриконсервативӣ аст, бо истифода аз роҳи ҳалқаи пӯшида? Барои қувваи консервативӣ, кори софи анҷомдодашуда ба объект пас аз ҳаракат дар роҳи пурраи ҳалқаи пӯшида ба сифр баробар аст. Агар кори софи анҷомдодашуда дар ҳалқаи пӯшида ба сифр баробар набошад, қувва ғайриконсервативӣ аст.
6. Каҷшавии майдони қувва дар муайян кардани он ки оё қувва консервативӣ аст ё не, чӣ нақш мебозад? Агар каҷшавии майдони қувва дар ҳама ҷо дар фазо сифр бошад, қувва консервативӣ аст. Агар каҷшавӣ сифр набошад, пас қувва ғайриконсервативӣ аст.
7. Энергияи потенсиалии ҷозиба чӣ гуна бо қувваҳои консервативӣ алоқаманд аст? Энергияи потенсиалии ҷозиба аз сабаби хусусияти консервативии қувваи ҷозиба ба вуҷуд меояд. Афзоиши баландӣ дар майдони ҷозиба боиси афзоиши энергияи потенсиалии ҷозиба мегардад, дар ҳоле ки кори анҷомдодашудаи қувваи ҷозиба манфӣ аст, ки маънои коҳиши энергияи потенсиалиро ҳангоми наздик шудани объект ба Замин дорад.
8. Чаро соиш мисли дигар қувваҳои консервативӣ энергияи потенсиалии алоқаманд надорад? Соиш қувваи ғайриконсервативӣ аст; аз ин рӯ, кори анҷомдодашуда бо соиш ҳамчун энергияи потенсиалӣ нигоҳ дошта намешавад. Ба ҷои ин, он аксар вақт ба шаклҳои дигар, ба монанди гармӣ, табдил меёбад ва наметавонад пурра ҳамчун энергияи механикӣ барқарор карда шавад.
9. Дар сенарияе, ки ҷисм аз сатҳи майл поён мелағжад, қувваҳои консервативӣ ва ғайриконсервативӣ чӣ гуна нақш мебозанд? Вақте ки ҷисм аз сатҳи майл поён мелағжад, қувваи ҷозиба, ки қувваи консервативӣ аст, ба ҷисм таъсир мерасонад ва энергияи потенсиалии онро ба энергияи кинетикӣ табдил медиҳад. Агар байни ҷисм ва сатҳи майл соиш (қувваи ғайриконсервативӣ) вуҷуд дошта бошад, он ба ҳаракат муқобилат мекунад ва энергияи кинетикии ҷисмро кам мекунад ва қисме аз онро ба гармӣ табдил медиҳад.
10. Оё энергияи умумии система метавонад нигоҳ дошта шавад, ҳатто агар қувваҳои ғайриконсервативӣ амал кунанд? Бале, энергияи умумии система (аз ҷумла ҳама намудҳои энергия, ба монанди механикӣ, гармӣ ва ғайра) мувофиқи қонуни нигоҳдории энергия нигоҳ дошта мешавад. Аммо, вақте ки қувваҳои ғайриконсервативӣ амал мекунанд, энергияи механикӣ (маҷмӯи энергияҳои кинетикӣ ва потенсиалӣ) метавонад нигоҳ дошта нашавад, зеро як қисми он ба дигар шаклҳои энергия, ба монанди гармӣ ё садо табдил меёбад.
