Konservatīvie spēki

Kas ir konservatīvs spēks?

Konservatīvi spēki ir jebkuri spēki,

kuru paveiktais darbs uz objektu

ir atkarīgs tikai no objekta sākuma un beigu stāvokļa.

Citiem vārdiem sakot, konservatīvā spēka paveiktais darbs uz kādu masu

nav atkarīgs no šīs masas veiktā ceļa.

Ja spēka paveiktais darbs atbilst šim nosacījumam,

tad mēs to saucam par konservatīvu spēku.

Piemēram, gravitācijas spēks, kas darbojas uz 5 kilogramu masu,

ir 49 ņūtoni.

Ja masa pārvietojas uz leju par 6 metriem,

gravitācijas spēka paveiktais darbs būs 294 džouli.

Tagad sāksim no sākuma.

Pieņemsim, ka masa atkal pārvietojas uz leju par 6 metriem.

Bet tad tā pārvietojas uz augšu par 6 metriem, un tad atkal uz leju par 6 metriem.

Gravitācijas spēka paveiktais darbs pirmajā kustībā uz leju

bija 294 džouli.

Pēc tam kustībā uz augšu, tā kā gravitācijas spēks

ir vērsts pretējā virzienā masas kustībai,

gravitācijas spēka paveiktais darbs

būs mīnus 294 džouli.

Pēc tam pēdējā kustībā uz leju

darbs atkal ir plus 294 džouli.

Tas nozīmē, ka kopējais darbs, ko gravitācijas spēks paveic uz masu,

joprojām ir 294 džouli, tieši tāpat kā

tas bija, kad masa tika nolaista tikai vienu reizi.

Citiem vārdiem sakot, gravitācijas spēka paveiktais darbs

nav atkarīgs no masas veiktā ceļa īpatnībām.

Gravitācijas spēka paveiktais darbs ir atkarīgs tikai

no masas sākuma un beigu stāvokļa.

Patiesībā, jūs varētu ļaut masai

veikt jebkādu ceļu no šī sākuma punkta

līdz beigu punktam, un gravitācijas spēka paveiktais darbs

joprojām būs tikai 294 džouli.

Tā kā gravitācijas spēka paveiktais darbs nav

atkarīgs no veiktā ceļa, mēs saucam

gravitācijas spēku par konservatīvu spēku.

Atsperes spēks ir vēl viens piemērs

konservatīvam spēkam.

Kopējais darbs, ko atspere paveic uz masu,

nav atkarīgs no masas veiktā ceļa.

Tas ir atkarīgs tikai no masas sākuma

un beigu stāvokļa.

Termins "konservatīvs" cēlies no tā,

ka konservatīvie spēki saglabā mehānisko enerģiju,

savukārt nekonservatīvie spēki

mehānisko enerģiju nesaglabā.

Mehāniskā enerģija ir kinētiskā enerģija un potenciālā enerģija.

Nekonservatīva spēka piemērs ir berze.

Ja es pārvietoju masu pa galdu no punkta A uz punktu B,

berzes spēks veic noteiktu negatīvu darbu

uz masu, kas rada siltumenerģiju.

Ja tā vietā, lai dotos tieši no A uz B,

es lieku klucim pārvietoties no A uz B, atpakaļ uz A, atkal un atkal,

berzes spēka paveiktais darbs kļūs arvien lielāks.

Un tas radīs arvien vairāk un vairāk siltumenerģijas.

Tā kā berzes spēka paveiktais darbs

ir atkarīgs no veiktā ceļa, berzes spēks

nav konservatīvs spēks.

Līdzīgi, gaisa pretestība nav konservatīvs spēks,

jo gaisa pretestības paveiktais darbs

ir atkarīgs no konkrētā veiktā ceļa.

Ir noderīgi atzīmēt, ka, ja spēks ir konservatīvs,

šim spēkam var definēt potenciālo enerģiju.

Tāpēc konservatīviem spēkiem, piemēram, gravitācijas un atsperes spēkiem,

ir ar tiem saistīta potenciālā enerģija.

Bet nekonservatīviem spēkiem, piemēram, berzei,

nav ar tiem saistītas potenciālās enerģijas.

Tas ir loģiski, jo, ja tu veic

darbu pret gravitācijas spēku,

paceļot masu gaisā, tu

vari šo enerģiju atgūt, ļaujot masai nokrist,

pārvēršot potenciālo enerģiju kinētiskajā enerģijā.

Līdzīgi, ja tu veic darbu pret atsperes spēku,

saspiežot atsperi, tu vari šo enerģiju atgūt,

ļaujot atsperei iztaisnoties, kas

uzkrāto potenciālo enerģiju pārvērš kinētiskajā enerģijā.

Bet, ja tu veic darbu pret berzes spēku,

tev būs grūti mēģināt šo enerģiju atgūt.

Enerģija ir izkliedējusies siltumenerģijas veidā

un tagad ir nejauši sadalīta pa zemi

un klucī.