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.
Даем четкую трактовку названого термина.
🤔 ОпределениеКонсервативные 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).
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.
Разберем: тяжесть, упругость и кулоновское взаимодействие.
🤔 ОпределениеСила 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.
.png)
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.
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.🤔 ОпределениеСила упругости – воздействие, которое позволяет вернуть форму или положение объекта из измененного состояния А в изначальное состояние Б
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.
.png)
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.
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.🤔 ОпределениеСила кулоновского взаимодействия – возникающая при взаимном влиянии друг на друга двух зарядов в вакууме
.png)
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.
Даем определение и особенности неконсервативных в физике.
🤔 ОпределениеНеконсервативные 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.
Рассмотрим примеры неконсервативной категории.
В пример приводим диссипативные и гироскопические.
🤔 ОпределениеДиссипативные 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.
.png)
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.
🤔 ОпределениеГироскопические 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.
🤔 ОпределениеСила 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.
.png)
Где r1 – одно положение; r2 – второе положение; dr – пройденное перемещение.
