Quali sono le forze conservatrici? Potenziali forze conservatrici

Nella meccanica, tali forze vengono utilizzate, il cui lavoro nel caso di un corpo che si muove lungo un contorno chiuso è zero. Sono chiamati forze potenziali o conservatrici.

proprietà

Ci sono due proprietà di base di queste forze:

• Quando si passa da una posizione all'altra, il lavoro di una tale forza non è collegato alla traiettoria del movimento. È associato solo alle posizioni finali e iniziali del corpo esistente.
• Nel caso di un cambiamento nella direzione della transizione, il lavoro di tali forze cambia segno, mantenendo il suo valore.

Data la legge di Hooke e la legge dell'ampiezza del mondo Si può confermare che sia la forza elastica sia la forza di gravità sono forze potenziali (conservative).

Caratteristiche speciali

La potenzialità delle forze è determinata dal fatto che nel caso di una traiettoria chiusa, mentre si esegue un lavoro positivo su un frammento, il lavoro negativo viene eseguito sul secondo segmento, di conseguenza si sommano fino a zero.

Esempi di forze non conservative

Le forze conservatrici non sono tutte le forze che esistono in natura. Ad esempio, la forza di attrito non è così, è diretta in tutte le situazioni contro il movimento del corpo, tutto il suo lavoro è un valore negativo. È possibile calcolare il lavoro di una forza conservatrice riducendo il valore potenziale.

En è l'energia potenziale del corpo, che è una quantità scalare. È uguale al lavoro svolto dalle forze conservatrici, passando dalla posizione iniziale del corpo al livello di riferimento desiderato.

Data questa definizione, possiamo scrivere la formula della differenza tra il lavoro e l'energia del corpo. Di conseguenza, possiamo dire che il lavoro di una tale forza sarà uguale alla riduzione dell'energia potenziale.

Potenziale energia gravitazionale

Se hai bisogno di determinare energia potenziale Per un corpo che si trova ad una certa altezza sopra la superficie della Terra, qualsiasi livello orizzontale può essere preso come livello iniziale di riferimento. Sapendo quali sono le forze conservative, l'energia potenziale viene calcolata come il lavoro svolto dalla forza di forza al momento della transizione del corpo dall'altezza all'origine del riferimento En = m · g · h.

Energia potenziale di un corpo elastico

C'è un'altra variante di energia potenziale, che è interconnessa con l'interazione elastica di molecole con lievi deformazioni di solidi. Se prendiamo come esempio una molla compressa che viene riportata al suo stato originale con l'aiuto di una mano, allora c'è una forza elastica sul suo lato, che fa il lavoro.

Prendiamo come punto di partenza lo stato indefinito (iniziale) della molla, quindi usiamo le forze conservative per calcolare il lavoro della forza elastica. Secondo la legge di Hooke, la forza di elasticità, che agisce sul braccio, sarà proporzionale alla deformazione, diretta alla sua riduzione. Dopo che la molla si raddrizza, si sposta su un piccolo segmento dx.

In questo caso, fa il lavoro. Può essere calcolato utilizzando la legge integrale di Hooke. Analizzando le forze conservative su questo esempio, possiamo concludere che l'energia potenziale viene accumulata allo scopo di un uso successivo.

Inoltre, se nel caso energia cinetica le particelle (corpi) applicano un'espressione universale, quindi nel calcolo del potenziale, tutte le forze che agiscono sul corpo devono essere prese in considerazione. È sempre interconnesso con una forza che agisce da un lato del corpo a un altro corpo. Ad esempio, la forza di gravità della Terra colpisce un oggetto che cade da una certa altezza, una molla compressa agisce su una palla e una corda dell'arco influenza una freccia.

L'energia potenziale non è inerente al corpo stesso, implica l'interazione dei corpi, così come l'azione dei singoli frammenti di un corpo l'uno sull'altro. Considerare la situazione in cui durante il movimento del corpo, il lavoro viene eseguito solo da forze conservatrici. Esempi di tali casi: una caduta da un'altezza, tensione della molla.

La somma del potenziale e dell'energia cinetica nella situazione in esame sarà un valore costante, che in meccanica è chiamato l'energia meccanica totale di un corpo in movimento (a riposo).

Legge sulla conservazione dell'energia

Se solo le forze conservative sono presenti nel sistema, il pieno energia meccanica tutte le forze che operano in questo sistema. Da ciò possiamo concludere che, per qualsiasi valore temporale, le grandezze delle energie meccaniche totali sono le stesse. Cioè: E2 = E1.

La legge di conservazione dell'energia meccanica è piuttosto limitata. Non dice che esista (in ogni caso) la conservazione dell'energia meccanica, ma indica solo la condizione in cui è possibile, vale a dire, quando il lavoro è svolto da forze conservatrici.

In una tale situazione, si verifica una transizione costante di energia potenziale in una quantità cinetica, quindi un processo inverso. Se il corpo in questione non è agito dalle forze conservatrici che eseguono il lavoro, allora la conservazione dell'energia meccanica totale non viene osservata.

Opzioni per le forze

Supponiamo che un corpo cada da una certa altezza con una velocità iniziale zero, la forza della resistenza aerea sarà assunta pari a zero. In questo caso, il corpo agirà solo per gravità, che è una forza conservatrice. In questo esempio, la legge di conservazione dell'energia è pienamente attuata.

All'inizio del movimento, il corpo ha solo energia potenziale, che può essere determinata dalla formula: El = mgh. Mentre il corpo cade, c'è una diminuzione del valore dell'energia potenziale, un aumento del valore cinetico. A quota zero, il corpo riceve la massima velocità di movimento ed è dominato dall'energia cinetica esattamente. Se aggiungiamo i valori alla legge di conservazione dell'energia meccanica totale, otteniamo un valore costante. Nelle aree intermedie, il corpo ha due tipi energia interna ma il loro punteggio totale rimane lo stesso.

Nelle scienze naturali, i corpi sono considerati interagire l'uno con l'altro attraverso i campi. Sotto il campo implica la regione dello spazio dove in ogni punto c'è una forza, equamente distribuita tra i singoli punti. Come tipico esempio di tale forza, è del tutto possibile considerare la classica forza di gravità.