Lực bảo toàn không phải là tên gọi của một lực, ví dụ như trọng lực, lực ma sát, v.v. Lực bảo toàn mô tả bản chất của một lực. Nếu tổng công do một lực thực hiện lên một vật, trong khoảng thời gian vật di chuyển ra khỏi vị trí ban đầu cho đến khi vật trở lại vị trí ban đầu, bằng không, thì lực đó là lực bảo toàn. Một lực được gọi là bảo toàn nếu công do lực đó thực hiện lên một vật không phụ thuộc vào đường đi của vật mà chỉ phụ thuộc vào sự thay đổi vị trí ban đầu và vị trí cuối cùng của vật.
Định nghĩa về phong cách bảo thủ sẽ dễ hiểu hơn nếu bạn đã hiểu sự hiểu biết về công việc trong vật lýHãy nghiên cứu hai ví dụ sau để hiểu khái niệm về lực bảo toàn.
ví dụ 1
Hãy xem xét một vật thể đang chuyển động thẳng đứng lên trên, sau đó vật thể đó lại chuyển động thẳng đứng xuống dưới trở về vị trí ban đầu.
Khi một vật chuyển động lên trên, hướng dịch chuyển của vật là hướng lên trên, trong khi hướng của lực hấp dẫn hay trọng lực (w) là hướng xuống dưới. Hướng dịch chuyển của vật ngược với hướng của lực hấp dẫn, do đó lực hấp dẫn thực hiện công âm.
W1 = F s = wh (cos 180) = wh (-1) = – wh = – mgh
Khi một vật chuyển động xuống phía vị trí ban đầu, hướng dịch chuyển của vật là hướng xuống và hướng của lực hấp dẫn cũng hướng xuống. Hướng dịch chuyển của vật trùng với hướng của lực hấp dẫn, do đó lực hấp dẫn thực hiện công dương.
W2 = F s = wh (cos 0) = wh (1) = wh
Tổng công do lực hấp dẫn thực hiện lên một vật trong suốt quá trình vật đó chuyển động lên rồi xuống bằng không.
WTổng số =W1 + W2 = – wh + wh = 0
Ví dụ, khối lượng của một vật (m) = 1 kg, gia tốc trọng trường (g) = 10 m/s²2 và chiều cao (h) = 1 mét thì W1 = -10 Jun và W2 = 10 Joule. Tổng công = – 10 Joule + 10 Joule = 0
ví dụ 2
Hãy xem xét một vật thể di chuyển từ thung lũng lên đỉnh núi rồi lại quay trở lại thung lũng.
Chừng nào một vật còn chuyển động trên mặt phẳng nghiêng, chỉ có thành phần ngang của lực hấp dẫn (w sin θ) thực hiện công lên vật đó. Khi một vật chuyển động từ đáy lên đỉnh mặt phẳng nghiêng, hướng dịch chuyển ngược với hướng của thành phần ngang của lực hấp dẫn (w sin θ), do đó lực hấp dẫn thực hiện công âm.
Công việc do lực hấp dẫn thực hiện trên một vật khi nó di chuyển từ đáy thung lũng lên đỉnh núi.
W1 = – F s = – (w sin theta)(s) = – ws sin theta
Vì sin theta = h / s hoặc h = s sin theta nên công thức trên được thay đổi thành
W1 = – wh = – mgh
Khi một vật di chuyển từ đỉnh xuống đáy, độ dịch chuyển cùng hướng với thành phần ngang của lực hấp dẫn, do đó lực hấp dẫn thực hiện công dương.
W2 = wh = mgh
Nỗ lực toàn diện
Tổng trọng lượng = – mgh + mgh = 0
Ví dụ, khối lượng của một vật (m) = 1 kg, gia tốc trọng trường (g) = 10 m/s²2 và chiều cao (h) = 1 mét thì W1 = -10 Jun và W2 = 10 Joule. Tổng công = – 10 Joule + 10 Joule = 0
Dựa trên công thức được sử dụng trong ví dụ 2, có thể kết luận rằng công do lực hấp dẫn thực hiện lên một vật khi vật đó chuyển động dọc theo mặt phẳng nghiêng một khoảng cách s cũng bằng công do lực hấp dẫn thực hiện lên vật đó nếu vật đó chuyển động vuông góc một khoảng cách h.
Như vậy, công do lực hấp dẫn thực hiện không phụ thuộc vào quãng đường di chuyển mà chỉ phụ thuộc vào sự thay đổi độ cao. Nói cách khác, công do lực hấp dẫn thực hiện không phụ thuộc vào quãng đường di chuyển mà chỉ phụ thuộc vào sự thay đổi độ cao. lực hấp dẫn Chỉ phụ thuộc vào vị trí ban đầu và vị trí cuối cùng.
Hai ví dụ này cho thấy lực hấp dẫn là một lực bảo toàn. Một lực được gọi là lực bảo toàn nếu nó thỏa mãn hai điều kiện. Thứ nhất, tổng công do lực thực hiện lên một vật trong khoảng thời gian vật di chuyển ra khỏi vị trí ban đầu cho đến khi trở lại vị trí ban đầu bằng không (so sánh ví dụ 1). Thứ hai, tổng công do lực thực hiện lên một vật không phụ thuộc vào quỹ đạo di chuyển của vật mà phụ thuộc vào sự thay đổi vị trí (so sánh ví dụ 2).
Một số lực được xếp vào loại lực bảo toàn là lực hấp dẫn, lực điện, lực từ.
ví dụ 3
Lực Coulomb và lực hấp dẫn là các lực bảo toàn.
Sebab
Lực Coulomb và lực hấp dẫn tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách.
Cuộc thảo luận
Lực điện và lực hấp dẫn là các lực bảo toàn, không phải vì độ lớn của chúng tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách. Cả hai đều là lực bảo toàn vì công thực hiện để mang một vật dưới tác dụng của hai lực này không phụ thuộc vào quãng đường hay khoảng cách đã đi mà chỉ phụ thuộc vào vị trí ban đầu và vị trí cuối cùng của vật.
Một lực được gọi là lực bảo toàn nếu công mà nó thực hiện lên một vật…
(1) chỉ phụ thuộc vào trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng
(2) giống như sự thay đổi thế năng của vật thể
(3) không phụ thuộc vào hình dạng của quỹ đạo chuyển động
(4) không phụ thuộc vào sự thay đổi năng lượng tiềm năng
Cuộc thảo luận
Một lực được gọi là lực bảo toàn nếu nó không đổi khi thực hiện công lên một vật.
(1) chỉ phụ thuộc vào trạng thái ban đầu và trạng thái cuối cùng
(3) không phụ thuộc vào hình dạng của quỹ đạo chuyển động
