Какви са консервативните сили? Потенциални консервативни сили

В механиката се използват такива сили, чиято работа в случай на движение на тяло по затворен контур е нула. Те се наричат ​​потенциални или консервативни сили.

свойства

Има две основни свойства на тези сили:

• Когато се премества от една позиция в друга, работата на такава сила не е свързана с траекторията на движение. Тя е свързана само с окончателните и начални позиции на съществуващото тяло.
• В случай на промяна в посоката на прехода, работата на тези сили променя знака, запазвайки стойността си.

Като се има предвид закона на Hooke и закона на световната ширина може да се потвърди, че както еластичната сила, така и силата на гравитацията са потенциални (консервативни) сили.

Специални функции

Потенциалността на силите се определя от факта, че в случай на затворена траектория, при извършване на положителна работа върху един фрагмент, се прави отрицателна работа на втория сегмент, в резултат на което се добавя до нула.

Примери за неконсервативни сили

Консервативните сили не са всички сили, които съществуват в природата. Например, силата на триене не е така, тя е насочена във всички ситуации срещу движението на тялото, доколкото работата му е отрицателна стойност. Възможно е да се изчисли работата на консервативната сила чрез намаляване на потенциалната стойност.

En е потенциалната енергия на тялото, която е скаларно количество. Тя е равна на работата, извършена от консервативните сили, като се движи от началната позиция на тялото до желаното ниво на сравнение.

С тази дефиниция можем да напишем формулата на разликата между работата и енергията на тялото. В резултат на това можем да кажем, че работата на такава сила ще бъде равна на намаляването на потенциалната енергия.

Потенциална гравитационна енергия

Ако трябва да се определи потенциална енергия За едно тяло, което е на определена височина над повърхността на Земята, всяко хоризонтално ниво може да се приеме като първоначално ниво на сравнение. Знаейки какви са консервативните сили, потенциалната енергия се изчислява като работата, извършена от силовата сила в момента на прехода на тялото от височината към началото на еталона En = m · g · h.

Потенциална енергия на еластично тяло

Има още един вариант на потенциална енергия, който е свързан с еластичното взаимодействие на молекулите с леки деформации на твърдите частици. Ако вземем за пример компресирана пружина, която се връща в първоначалното си състояние с помощта на ръка, то има еластична сила на своята страна, която върши работата.

Като начална точка приемаме недеформираното (първоначалното) състояние на пружината, след което използваме консервативни сили, за да изчислим работата на еластичната сила. Според закона на Hooke, силата на еластичност, която действа върху ръката, ще бъде пропорционална на деформацията, насочена към неговото намаляване. След като пружината се изправи, тя се премества на малък сегмент dx.

В този случай той върши работата. Тя може да бъде изчислена с помощта на интегралния закон на Hooke. Анализирайки консервативните сили на този пример, можем да заключим, че потенциалната енергия се натрупва с цел последващо използване.

Също така, ако в случая кинетична енергия частиците (телата) прилагат универсален израз, след което при изчисляване на потенциала трябва да се вземат предвид всички сили, действащи върху тялото. Тя винаги е свързана със сила, която действа от едната страна на тялото към друго тяло. Например, силата на гравитацията на Земята засяга обект, който пада от определена височина, компресираната пружина действа върху топка, а тетивата влияе върху стрела.

Потенциалната енергия не е присъща на самото тяло, тя предполага взаимодействието на тела, както и действието на отделните фрагменти на едно тяло един върху друг. Обмислете ситуацията, когато по време на движението на тялото работата се извършва само от консервативни сили. Примери за такива случаи: падане от височина, напрежение на пружината.

Сумата на потенциалната и кинетичната енергия в разглежданата ситуация ще бъде постоянна стойност, която в механиката се нарича обща механична енергия на движещо се (почиващо) тяло.

Закон за запазване на енергията

Ако в системата присъстват само консервативни сили, пълната механична енергия всички сили, които работят в тази система. От това можем да заключим, че за всяко време стойностите на общите механични енергии са еднакви. Това е: E2 = E1.

Законът за запазване на механичната енергия е доста ограничен. Той не казва, че (във всеки случай) има запазване на механичната енергия, а само посочва състоянието, при което е възможно, а именно, когато работата се извършва от консервативни сили.

В такава ситуация настъпва постоянен преход на потенциалната енергия в кинетично количество, а след това обратен процес. Ако въпросното тяло не се въздейства от консервативните сили, които извършват работата, тогава не се наблюдава запазването на общата механична енергия.

Опции за силите

Да предположим, че от определена височина тялото пада от нулева начална скорост, а силата на въздушното съпротивление ще се приеме за нула. В този случай тялото ще действа само гравитационно, което е консервативна сила. В такъв пример законът за запазване на енергията се прилага изцяло.

В самото начало на движението тялото има само потенциална енергия, която може да се определи по формулата: El = mgh. Тъй като тялото пада, има намаляване на стойността на потенциалната енергия, увеличаване на кинетичната стойност. При нулева височина тялото получава максимална скорост на движение и именно в нея преобладава кинетичната енергия. Ако добавим стойностите към закона за запазване на общата механична енергия, получаваме постоянна стойност. В междинните области тялото има два вида вътрешна енергия но общата им оценка остава същата.

В естествената наука се счита, че телата си взаимодействат помежду си чрез полета. Под полето се разбира областта на пространството, където във всяка точка има сила, равномерно разпределена между отделните точки. Като типичен пример за такава сила е напълно възможно да се разгледа класическата сила на гравитацията.