06.09.2024
#доклад
#конференция
42

Консервативные и неконсервативные силы: определения, особенности и примеры

Рассказываем, как написать тезисы для доклада на конференцию в 2024 году.
Ссылка на ГОСТ
Фото: Rocky Widner / FilmMagic / Getty Images
Фирсов В.
Эксперт по техническим предметам
Студенческие работы от сервиса №1 в России
Поможем написать диплом, курсовую, реферат и любые другие типы работ. Сделаем качественно или вернём деньги.
Заказать
Аннотация к статье
В материале разберу основные этапы работы над курсовой и приемы, которые облегчают написание: я писал курсовые сам и помогал другим студентам.Общая рекомендация ко всему тексту — любые проблемные места лучше обсудить с научным руководителем. Здорово, если вы с ним уже знакомы — например, он ведет у вас пары. Если оставаться с ним в контакте, не понадобится переделывать работу в последний момент.
Содержание статьи
  1. Понятие консервативных сил и их свойства
  2. Примеры консервативных сил
  3. Понятие неконсервативных сил и их свойства
  4. Примеры неконсервативных сил

В данной статье даем четкие трактовки консервативных и неконсервативных категорий воздействий в физике. В физике принято условно подразделять термины и трактовки по категориям, классам и группам. Классификация позволяет лучше определить свойства, качества и особенности изучаемого объекта исследования. Рассмотрим разделение на две категории: консервативную и неконсервативную. Определим основания для разделения и приведем примеры.

Понятие консервативных сил и их свойства

Даем четкую трактовку названого термина.

 

🤔 Определение

Консервативные силы – возникающие при перемещении объекта в пространстве от точки А к точке Б и не зависящие от траектории данного перемещения

 

Указанные воздействия зависят только от взаимного положения точек в пространстве. Определим особенности действия консервативных (потенциальных).

  • Учитывается начальное и конечное положение объекта в пространстве.
  • Не учитывается направление перемещения объекта в пространстве.
  • Работа чаще задается начальным состоянием объекта и конечным состоянием. Вычисление работы зависит от конкретно рассматриваемых взаимодействий и их особенностей действия на тело.
  • Значение перемещения зависит от выбранной системы отсчета.

Рассмотрим пример вычисления работы потенциальной. Приводим формулу, в которой А – работа; Wn1 – потенциальная энергия одного состояния; Wn2 – потенциальная энергия второго состояния. Приводим пример формулировки:

А = Wn1 - Wn2.

Разберем примеры потенциальных и укажем их особенности. Приведем формулы расчета.

Примеры консервативных сил

Разберем: тяжесть, упругость и кулоновское взаимодействие.

Сила тяжести

🤔 Определение

Сила тяжести – физическое воздействие на тело, которое возникает в результате притяжения тела к центру земли и действия гравитации

То есть это притяжение тела, всего его веса к центру земли, которое возникает благодаря гравитации.

Решаем пример задачи на определение тяжести и выводим формулу вычисления работы указанного взаимодействия. Дано физическое тело с заданными значениями веса, которое падает с высоты h1 соответственно на высоту h2.

Вспоминаем про формулу определения тяжести. Приводим ее трактовку ниже, в которой F – сила тяжести; g – ускорение свободного падения; m – масса тела. Высоты h1 и h2 – по сути заданная траектория, по которой объект будет двигаться.

F = -mg.

Переходим к определению формулы нахождения работы. Подставляем буквенные обозначения в логарифм и проводим математические действия извлечения. Получается простая формула, приведенная ниже.

image2 (4)

Получается, что работа зависит от начального и конечного положений: h1 и h2. При условии h1 > h2 получается положительное значение проделанной работы. Воздействие тяжести приводит к тому, что объект стремительно падает и достигает положения h2.

С какой бы высоты не упало тело, оно всегда стремительно падает вниз. Так проявляется тяжесть, которая основывается на заданных начальном и конечном положении. Таким образом, данная физическая сила отнесена в категорию потенциальных.

Сила упругости

🤔 Определение

Сила упругости – воздействие, которое позволяет вернуть форму или положение объекта из измененного состояния А в изначальное состояние Б

То есть упругость возвращает объекты в исходное состояние при такой возможности. Для примера рассматриваем эксперимент с подвешенным объектом на пружине. Равновесное положение объекта задается координатой 0 по оси х. Равновесное состояние – сбалансированное положение, при котором пружина не стремится вверх или вниз. 

Оттягиваем пружину за объект и наблюдаем изменение заданной координаты по оси х. Оно приобретает положительное значение или отрицательное значение. Записываем формулу Гука для нахождение данного взаимодействия, в которой k – коэффициент жесткости пружины.

Определимся с формулой работы указанного физического взаимодействия. Получается формула путем подставления в логарифм буквенных обозначений.

image4 (1)

Значения работы и упругости зависят от положений объекта в пространстве. Оттягивая его в одну сторону, мы направляем его перемещение в противоположную сторону. Упругость проявляется в противоположном перемещении объекта в пространстве. Получается, что упругость относится к категории потенциальных или консервативных.

Сила кулоновского взаимодействия

🤔 Определение

Сила кулоновского взаимодействия – возникающая при взаимном влиянии друг на друга двух зарядов в вакууме

Два точечных заряда взаимно воздействуют друг на друга, и появляется кулоновское взаимодействие. Записывается закон по формуле Кулона. В ней q1 – один электрический заряд; q2 – второй электрический заряд; r – расстояние между рассматриваемыми частицами. Получается формула.

image1 (4)

Сила кулоновского взаимодействия работает по сходным механикам с тяжестью или гравитацией. Работа и значение воздействия определяются начальными и конечными положениями объекта. Получается, что кулоновское взаимодействие относится к категории консервативных.

Понятие неконсервативных сил и их свойства

Даем определение и особенности неконсервативных в физике.

🤔 Определение

Неконсервативные силы – значение и работа которых высчитываются по пройденному перемещению объекта в пространстве

Получается, что значимым моментом становятся не начальное и конечное положения, а пройденное перемещение. Определимся с особенностями данной категории.

  • В большей степени зависят от вектора скорости и перемещения.
  • Работа, создаваемая в ходе воздействия, вырабатывает тепловую энергию.

Рассмотрим примеры неконсервативной категории.

Примеры неконсервативных сил

В пример приводим диссипативные и гироскопические.

Диссипативные силы

🤔 Определение

Диссипативные силы – особая форма воздействия на физическое тело, в ходе которого механическая энергия преобразуется в другие виды

Например, происходит преобразование механической энергии в тепловую. При этом происходит полное или частичное расходование механической энергии.

Рассматриваем пример диссипативной силы – сопротивление воздуха. Ниже приводим соответствующую формулу, в которой отметим показатели: CD – коэффициент лобового сопротивления; A – площадь поперечного сечения; p – плотность жидкости; v – скорость падения.

image3 (4)

Определение работы и значения происходит на основе полученного перемещения или взаимодействия. Сопротивление воздуха – воздействие потоков и плотности воздуха на перемещающийся объект. Получается, что диссипативные силы и сопротивление воздуха относятся к группе неконсервативных.

Гироскопические силы

🤔 Определение

Гироскопические силы – совокупность воздействий, которые определяются направлением движения и положением в пространстве рассматриваемого объекта

То есть это воздействия, описывающие взаимное положение и направление движения физического тела.

В данной ситуации не определяются начальное и конечное положения тела. Работа определяется пройденным перемещением и изменением энергии. На этом основании получается отнести гироскопические воздействия к категории неконсервативных.

Сила трения

🤔 Определение

Сила трения – физическое воздействие, которое возникает при одновременном перемещении и соприкосновении физического тела с поверхностью

Получается, что тело перемещается относительно прилагаемой поверхности и возникает трение.

Определимся с формулой трения, приведенной ниже. Стоит отметить показатели: μ – коэффициент трения; N – реакция опоры.

F = μ N.

При этом коэффициент трения зависит от материала или природы поверхности и объекта. Но он не зависит от площади соприкосновения.

Работа не определяется положением тела в пространстве. На определение значений совершенной работы влияют изменение внутренней энергии и само перемещение объекта. Это позволяет сделать вывод о причастности трения к категории неконсервативных.

Таким образом, сделаем общий вывод б разделении консервативной и неконсервативной категорий. Консервативные зависят в целом от начального и конечного положений в пространстве. Неконсервативные определяются пройденным перемещением и изменением внутренней энергии. Классификация позволяет проще определяться в большом обилии физических воздействий и превращений энергии. Обращайте внимание на возможность определения работы у рассматриваемого воздействия. Для выявления работы необходимо подставить показатели в формулу расчета, которую мы приложили ниже.

image5 (2)

Где r1 – одно положение; r2 – второе положение; dr – пройденное перемещение.

Поможем с написанием учебной работы от 24 часов

Узнайте стоимость
консультации!

Узнайте стоимость онлайн за 1 минуту