38. Консервативные и неконсервативные силы. Понятие потенциальной энергии.

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.

Консервативные и неконсервативные силы.

В современной физике различают четыре вида взаимодействий:

I. гравитационная, или взаимодействие, обусловленное всемирным тяготением;

II. электромагнитная, которая осуществляется через электрические и магнитные поля;

III. сильная или ядерная, которая обеспечивает связь частиц в атомном ядре;

IV. слабая, которая отвечает за численные процессы распада элементарных частиц.

Силы, которые рассматриваются в физике разделяются на консервативные и неконсервативные. Силы, работа которых не зависит от формы траектории, а определяется только начальным и конечным размещением тела в пространстве, называют консервативными, или потенциальными. К ним принадлежат:

- силы притяжения

- силы упругости

- электростатические силы взаимодействия между заряженными телами.

Силы будут консервативными при условии когда в системе нет перехода механического движения в другие формы движения материи, или превращения других форм движения в механический.

Силы, что не принадлежат к консервативным, называют неконсервативными:

- силы трения, которые возникают при скольжении одного тела по поверхности другого

- силы сопротивления, которых испытывает тело, двигаясь в жидкой или газообразной среде.

Эти силы зависят не только от формы тел, но и от их скорости. Они направлены всегда против направления скорости, потому работа сил трения всегда отрицательна.

Следовательно, к консервативным силам относят силы притяжения, силы упругости и силы электростатического взаимодействия; к неконсервативным соответственно - силы трения и силы сопротивления.

 Потенциальной энергией называют энергию взаимодействия тел или частей тела, зависящую от их взаимного положения.

Потенциальной энергией обладают все взаимодействующие тела. Так, любое тело взаимодействует с Землей, следовательно, тело и Земля обладают потенциальной энергией. Частицы, из которых состоят тела, тоже взаимодействуют между собой, и они также обладают потенциальной энергией.

Поскольку потенциальная энергия — это энергия взаимодействия, то она относится не к одному телу, а к системе взаимодействующих тел. В том случае, когда мы говорим о потенциальной энергии тела, поднятого над Землей, систему составляют Земля и поднятое над ней тело.

39. Потенциальная энергия материальной точки в гравитационном поле Земли.

Потенциальная энергия в поле тяготения Земли вблизи поверхности приближённо выражается формулой:

где — масса тела, — ускорение свободного падения, — высота положения центра масс тела над произвольно выбранным нулевым уровнем.

40. Потенциальная энергия упругой деформации растяжения (сжатия) пружины.

Таким образом, потенциальная энергия растянутой пружины

En=kl^2\2

41. Прямая и обратная связь потенциальной энергии и консервативная сила.

42. Замкнутые и незамкнутые системы. Закон сохранения импульса для замкнутых систем.

Импульс тела обладает важным свойством сохранения, когда два или более тел взаимодействуют друг с другом, но при этом внешние силы на них не действуют или их действия взаимно компенсируются. Такая группа тел, или, как говорят, система тел, называется замкнутой: замкнутая система тел — это группа тел, взаимодействующих только между собой и не взаимодействующих с другими, «внешними» телами, не входящими в данную систему тел, или действия «внешних» тел компенсируют друг друга.

Запишем третий закон Ньютона

получили, что для замкнутой системы сил изменение импульса одного тела равно изменению импульса второго тала, взятого с обратным знаком, а сумма изменений импульсов равна нулю.

Но уравнением (4) в таком виде пользоваться сложно, особенно если тел больше двух. Поэтому его можно переписать в виде, в котором оно записано в учебнике: сумма импульсов тел до взаимодействия равна сумме импульсов тел после взаимодействия.

Если система тел не замкнута. Незамкнутая система тел — это группа тел, взаимодействующих не только между собой, а и ещё с какими-то телами, «посторонними» для данной группы тел. В таком случае общий импульс системы (группы) тел не будет сохраняться. Он будет изменяться. А изменение импульса системы тел равно импульсу той силы, которая приложена к системе.

Например. Стоящего на льду конькобежца может заставить сдвинуться с места (изменить импульс!) толчок его товарища. Но если конькобежец будет тянуть одной своей рукой другую, то это не изменит его импульс