10)Понятие силового поля. Силы консервативные и неконсервативные. Потенциальная энергия и ее связь с силой, действующей на материальную точку.

Силово́е по́ле в физике — это векторное поле в пространстве, в каждой точке которого на пробную частицу действует определённая по величине и направлению сила (вектор силы). Различают стационарные поля, величина и направление которых могут зависеть исключительно от координат x, у, z точки действия силы, и нестационарные силовые поля, зависящие также от момента времени t, в который происходит действие. Выделяют также однородное силовое поле, для которого сила, действующая на пробную частицу, постоянна во всех точках пространства.

В физике консервати́вные си́лы (потенциальные силы) — силы, работа которых не зависит от формы траектории (зависит только от начальной и конечной точки приложения сил). Отсюда следует определение: консервативные силы — такие силы, работа которых по любой замкнутой траектории равна 0.

Если в системе действуют только консервативные силы, то механическая энергия системы сохраняется.

Для консервативных сил выполняются следующие тождества:

•  — ротор консервативных сил равен 0;

•  — работа консервативных сил по произвольному замкнутому контуру равна 0;

•  — консервативная сила является градиентом некой скалярной функции U, называемой силовой. Эта функция равна потенциальной энергии взятой с обратным знаком.

В школьной программе по физике силы разделяют на консервативные и неконсервативные. Примерами консервативных сил являются: сила тяжести, сила упругости. Примерами неконсервативных сил являются сила трения и сила сопротивления среды.

В теоретической физике выделяют только четыре типа сил, каждая из которых является консервативной

Диссипативные силы(вроде то же самое, что и неконсервативные силы)

Диссипати́вные си́лы — силы, при действии которых на механическую систему её полная механическая энергия убывает (то есть диссипирует), переходя в другие, немеханические формы энергии, например, в теплоту.

Особенности

В отличие от потенциальных сил зависят не только от взаимного расположения тел, но и от их относительных скоростей

Пример диссипативных сил

• Силы вязкого или сухого трения.

• Сила трения скольжения

 Потенциальная энергия и связь с силой.

Одним из основных понятий современной механики является понятие потенциальной энергии, стоящее по своему смыслу в одном ряду с кинетической энергией. Потенциальная энергия определяет силы упругости и силы тяжести, ее используют для определения электрических и магнитных сил, сил ядерного взаимодействия. Однако, как это ни удивительно, никакого четкого определения этому понятию не дается. Просто утверждается, что она является частью общей механической энергии системы, зависящей от взаимного расположения материальных точек, составляющих эту систему, и от их положений во внешнем силовом поле. Численно же потенциальная энергия системы в данном ее положении равна работе, которую произведут действующие на систему силы при перемещении этой системы из этого положения в то, где потенциальная энергия условно принимается равной нулю. Из этого определения следует, что потенциальная энергия характеризуется работой, которую она может совершить при определенных перемещениях материальной системы или отдельного материального объекта. И так как работа определяется через силу, то, по сути дела, потенциальная энергия является некоторым свойством действующих на систему сил. Если же иметь в виду, что само понятие силы тоже не имеет четкого физического определения, то вполне очевидно, что и определение потенциальной энергии страдает таким же недостатком. Из определения потенциальной энергии также следует, что это понятие имеет место только для консервативных систем, у которых работа действующих сил зависит только от начального и конечного положения системы. Так, для груза весом G, поднятого на высоту h, потенциальная энергия будет равна: ;                                                                                                             (1) для груза, прикрепленного к пружине: ,                                                                                      (2) где   - удлинение или сжатие пружины, k – ее коэффициент жесткости; для двух частиц с массами   и  , притягивающихся по закону всемирного тяготения: ,                                                                                (3) где f – гравитационная постоянная, r – расстояние между частицами; аналогично потенциальная энергия определяется и для двух точечных электрических зарядов   и  . Несмотря на то, что потенциальная энергия определяется через работу сил, она, в свою очередь, используется для определения этих сил, для чего используются частные производные: ,                                    (4) которые эквивалентны одному векторному выражению: ,                                                                                   (5) в котором правая часть является градиентом потенциальной энергии.