保守力

           

                   

第 11 课物理 - 弹性

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介绍

质量为“m”的物体位于地球表面，然后在垂直于地球表面（如图 1 所示）的方向上升到高度“h”时，储存的势能是多少？您的答案将是 - 势能 = (mgh)。

存储在物体中的势能表达背后的原因 - 我们假设地球表面的势能为零（假设为基准）并且将该物体从表面带到高度'h所做的功'对抗将物体拉向地球中心的重力，加速度等于重力加速度'g'。

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据我们所知，

完成的工作 = $\mathrm{\overrightarrow{F}.\overrightarrow{S}}$

其中 $\mathrm{\overrightarrow{F}}$= 力矢量和 $\mathrm{\overrightarrow{S}}$= 位移矢量

所以，在这种情况下

完成的功 = (mg)。H。余弦180°

= -(mg).h

在这里，力和位移矢量之间的角度将为 180，因为我们正在向与所施加的力相反的方向移动（重力 = mg）。所做的功的大小将作为势能存储在物体中。

现在让我们以第二种情况为例，在这种情况下，物体再次升高距离“h”，但遵循如下图 - 2 所示的锯齿形路径。现在想想物体在高度“h”处存储的势能？？它会是一样的 = mgh 你可能会想为什么？因为物体已经移动了更远的距离，但是您忘记了存储在体内的势能是由于将物体带到该高度所做的功，而所做的功取决于位移而不是所经过的距离。因此将存储相同数量的势能。

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这意味着在这种情况下完成的工作不依赖于对象选择的路径。它仅取决于对象的初始点和最终点。这是由于引力的保守性。因此，当移动物体的力所做的功或对移动物体所做的功仅取决于物体的初始位置和最终位置时，力被称为保守力。

保守力的例子

• 万有引力：所有类型的万有引力，不仅是地球引力。

• 弹性力：在拉伸或压缩的弹性材料中

• 静电力 两个带电体之间的力

保守力的性质

• 保守力所做的功不取决于所走的路径，只取决于初始位置和最终位置。

  让我们举个例子来更好地理解它——

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假设我们必须在保守力的帮助下通过路径 1、2 和 3 将一个物体从 A 移动到 B。你怎么看？是的，如果我们使用保守力来完成这项工作，那么将物体从 A 带到 B 所做的功在每条路径上都是相同的。所以保守力所做的功将独立于所遵循的路径。

• 在任何闭合路径中，保守力所做的净功将为零。这意味着如果物体的净位移为零，那么如果力具有保守性，则所做的净功也将为零。

• 保守力所做的功是可逆的。

保守力和势能

势能是由于位置或配置而产生的能量。这意味着如果我们能够恢复到原来的位置或配置，那么我们就可以恢复势能。我们还知道，保守力所做的功不取决于所遵循的路径，而仅取决于最终位置和初始位置。所以我们可以说势能只能为保守力定义。因此，如果我们通过施加保守力来改变配置，那么物体中存储的势能将仅取决于物体的最终和初始配置，而不是实现该配置所遵循的路径。因此，势能是为重力、静电力、弹性力和所有保守力定义的。

让我们简要地研究一下这些势能——

• 重力势能 (GPE)：在本教程的开头，我们简要讨论了这一点。所以这个势能取决于初始位置和最终位置。GPE不是一个绝对量，它永远是一个相对量。假定 GPE 在无穷远处为零，因为重力在无穷远（基准）处为零，我们正在计算相对于基准的任何点或位置的势能。

• 弹性势能：弹性力在本质上也是守恒的。例如，如果我们用力压缩弹簧，那么由于其配置的变化，弹簧会在其中存储势能。无论我们将弹簧压缩到该特定位置的速度有多慢或多快，它都会相对于其位置存储相同数量的势能。

• 静电势能：  这种势能是由于带电粒子在电场中的位置发生变化而产生的。因此，为改变带电粒子的位置所做的工作量将以静电势能的形式存储。

所以通过这个教程我们已经完成了保守势力的所有方面。

常见问题

Q1。什么是保守力？

答案-保守力是一种力，它具有这样的特性，即该力所做的功仅取决于初始和最终位置，而不取决于所遵循的路径。

Q2。举一些保守力量的例子。

答案 - 重力、静电力和弹力是保守力的一些例子。

Q3. 如果物体通过保守力从 A 移动到 B，那么所做的功将为 -

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a) 通过路径 3 的最大值

b) 通过路径 2 的最大值

c) 通过路径 1 的最大值

d) 在所有路径上都相等

答案 - 保守力所做的功与所遵循的路径无关。所以通过所有路径完成的工作将是相同的。所以正确的选项是(d)。

Q4. 为什么引力势能在无穷远处为零？

答案 - 无限远处任何物体的引力为零，因为它不会受到任何其他物体周围引力场强度的影响。所以重力势能在无穷远处为零。

Q5. 势能是为哪种力定义的？

答案 - 势能仅针对保守力定义。这是因为势能是由于位置的优点。