Συντηρητικές και μη συντηρητικές δυνάμεις

Εισαγωγή

Γνωρίζουμε από το νόμο της διατήρησης της ενέργειας σε ένα κλειστό σύστημα, δηλαδή ένα σύστημα που είναι απομονωμένο από το περιβάλλον του, ότι η συνολική ενέργεια ενός συστήματος διατηρείται πάντα». Η συντηρητική δύναμη υπακούει στο νόμο της διατήρησης της ενέργειας. Οι συντηρητικές και οι μη συντηρητικές δυνάμεις είναι οι δύο τύποι δυνάμεων.

Οι μη συντηρητικές δυνάμεις είναι οι δυνάμεις για τις οποίες η εργασία που γίνεται εξαρτάται από την ιδιαίτερη διαδρομή του σώματος.

Συντηρητική Δύναμη

Συντηρητική δύναμη είναι αυτή όπου η εργασία που γίνεται για τη μετακίνηση ενός σωματιδίου από το ένα σημείο στο άλλο εξαρτάται από τις θέσεις έναρξης και λήξης και όχι από τη διαδρομή. Η συντηρητική δύναμη ακολουθεί το νόμο της διατήρησης της ενέργειας. Το άθροισμα της δυναμικής ενέργειας και της κινητικής ενέργειας παραμένει αμετάβλητο κατά τη διάρκεια της διαδρομής. Η συνολική εργασία που γίνεται γύρω από μια κλειστή διαδρομή από μια συντηρητική δύναμη είναι μηδέν.

Συντηρητικές δυνάμεις και δυνητική ενέργεια

Οι δυνάμεις είναι υπεύθυνες για την εργασία που γίνεται και ορισμένες δυνάμεις, όπως το βάρος, είναι ειδικές. Όπως η δύναμη επαναφοράς ενός ελατηρίου, τα αποτελέσματα της συντηρητικής δύναμης δεν ενεργούν σύμφωνα με την απόσταση που διανύεται κατά τη διάρκεια της κίνησης, αλλά μάλλον στο σημείο έναρξης και λήξης τους. Όπως ορίσαμε τη δυναμική ενέργεια (PE) για τη βαρυτική δύναμη, μπορείτε να κάνετε το ίδιο και για άλλες συντηρητικές δυνάμεις. Για παράδειγμα, όταν περιστρέφετε το κλειδί ενός παιχνιδιού ή ενός ρολογιού, εργάζεστε ενάντια στο ελατήριο και αποθηκεύετε ενέργεια σε αυτό. (Υποθέτουμε ότι το ελατήριο δεν έχει δύναμη τριβής και το ελατήριο δεν παράγει θερμική ενέργεια.) Η ενέργεια που αποθηκεύεται στο ελατήριο μπορεί να ανακτηθεί ως έργο και να ονομάζεται δυναμική ενέργεια. Στην πραγματικότητα, αυτό το χαρακτηριστικό οφείλεται στο γεγονός ότι η φύση της άνοιξης είναι συντηρητική.

Βαρυτική δύναμη που ενεργεί σε ένα σωματίδιο

Ένα σωματίδιο υπόκειται σε μια βαρυτική δύναμη που έχει μέγεθος ίσο με mg, όπου "g" είναι η επιτάχυνση λόγω της βαρύτητας και "m" είναι η μάζα της ουσίας. Ας υποθέσουμε ότι το σωματίδιο κινείται από το σημείο Α στο σημείο Β και το h αντιπροσωπεύει την κατακόρυφη μετατόπισή του. Ας υποθέσουμε ότι το σώμα πέφτει στη γη σε μια καμπύλη υπό την επίδραση άλλων δυνάμεων. Ωστόσο, η βαρύτητα δεν επηρεάζεται από την καμπύλη διαδρομή που ακολουθεί το σώμα. Ως εκ τούτου, μπορεί να θεωρηθεί ως ανεξάρτητη οντότητα. Η κατακόρυφη μετατόπιση του σώματος επηρεάζει τη βαρυτική δύναμη.

Η συνολική εργασία που έγινε δίνεται από

w=mgh

Εδώ,

W =εργασία που γίνεται από το σώμα

m =μάζα σώματος

g =βαρυτική επιτάχυνση

h=αλλαγή στη μετατόπιση του σώματος

Χαρακτηριστικά της Συντηρητικής Δύναμης

1. Η δύναμη εξαρτάται από τις θέσεις έναρξης και τέλους ενός σώματος και όχι από τη διαδρομή που ακολουθεί το σώμα.
2. Η εργασία που γίνεται σε μια κλειστή διαδρομή είναι μηδενική για συντηρητική δύναμη.

Η εργασία που γίνεται από τη συντηρητική δύναμη είναι αναστρέψιμη.

Παραδείγματα Συντηρητικής Δύναμης

Υπάρχουν πολλά παραδείγματα συντηρητικών δυνάμεων, μερικά από τα οποία δίνονται εδώ.

1. Βαρυτική δύναμη
2. Ηλεκτροστατική δύναμη
3. Ηλεκτρική δύναμη
4. Μαγνητική δύναμη

Βαρυτική δύναμη

Κάθε σώμα στο σύμπαν με μάζα έλκει άλλα σώματα με μια δύναμη γνωστή ως βαρυτική δύναμη, έτσι ώστε η βαρύτητα είναι μια μελέτη της αλληλεπίδρασης μεταξύ δύο σωμάτων που έχουν μάζα.

Η βαρυτική δύναμη είναι μια κεντρική δύναμη, η οποία εξαρτάται από τη θέση της μάζας ενός σώματος δοκιμής στη μάζα του σώματος πηγής και δρα πάντα κατά μήκος της γραμμής που ενώνει τα κέντρα των δύο μαζών.

Ηλεκτρική δύναμη

Η ηλεκτρική δύναμη ορίζεται ως η δύναμη απώθησης ή η δύναμη έλξης μεταξύ δύο φορτισμένων σωμάτων.

Μη – Συντηρητική Δύναμη

Για μια μη συντηρητική δύναμη, η εργασία που γίνεται εξαρτάται από την απόσταση που διανύθηκε. Για παράδειγμα, η τριβή είναι μια μη συντηρητική δύναμη. Μια δύναμη είναι μια μη συντηρητική δύναμη όταν δημιουργεί μια αλλαγή στη μηχανική ενέργεια. Η μηχανική ενέργεια είναι το άθροισμα του δυναμικού και της κινητικής ενέργειας του σώματος. Όταν η εργασία γίνεται από μια μη συντηρητική δύναμη, προστίθεται ή αφαιρείται μηχανική ενέργεια. Η τριβή προκαλεί απώλειες ενέργειας με τη μορφή θερμικής ενέργειας όταν γίνεται εργασία σε αυτήν.

Χαρακτηριστικά Μη – Συντηρητική δύναμη

Υπάρχουν πολλά χαρακτηριστικά της μη συντηρητικής δύναμης που είναι σχεδόν αντίθετα από τη συντηρητική δύναμη.

1. Μη – Η Συντηρητική Δύναμη εξαρτάται από την αρχική ταχύτητα και την τελική ταχύτητα καθώς εξαρτάται από τη διαδρομή.
2. Ακόμη και σε μια κλειστή διαδρομή, η δουλειά που γίνεται δεν είναι μηδενική από μια μη συντηρητική δύναμη.
3. Η μη συντηρητική δύναμη είναι υπεύθυνη για τη μη αναστρέψιμη εργασία που γίνεται.

Συμπέρασμα

Συντηρητική δύναμη είναι εκείνη όπου η εργασία που γίνεται για τη μετακίνηση ενός σωματιδίου από το ένα σημείο στο άλλο εξαρτάται από τις θέσεις έναρξης και λήξης και όχι από τη διαδρομή.

Η συντηρητική δύναμη ακολουθεί το νόμο της διατήρησης της ενέργειας.

Το συνολικό έργο που γίνεται από μια συντηρητική δύναμη δίνεται από

w=mgh

Υπάρχουν πολλά παραδείγματα συντηρητικών δυνάμεων, μερικά από τα οποία δίνονται εδώ.

1. Βαρυτική δύναμη
2. Ηλεκτροστατική δύναμη
3. Ηλεκτρική δύναμη
4. Μαγνητική δύναμη

Οι μη συντηρητικές δυνάμεις είναι οι δυνάμεις για τις οποίες η εργασία ή η κινητική ενέργεια εξαρτάται από άλλους παράγοντες όπως η ταχύτητα ή η συγκεκριμένη διαδρομή του σώματος.