Práce a energie
Přihlásit se
Práce a energie (5/10) · 4:02

Konzervativní síly Jak poznat konzervativní síly? A můžeme definovat potenciální energii pro síly nekonzervativní?

Navazuje na Sílu a Newtonovy zákony.
Co to je konzervativní síla? Libovolnou sílu nazveme konzervativní, pokud splňuje, že práce vykonaná touto silou na dané těleso závisí pouze na počáteční a koncové poloze tělesa. Jinými slovy práce, kterou vykoná konzervativní síla na těleso, nezávisí na cestě, po které se toto těleso pohybovalo. Jestliže nějaká síla splňuje toto pravidlo, pak ji nazýváme konzervativní. Kupříkladu tíhová síla působící na závaží o hmotnosti 5 kg je 49 newtonů. Jestliže se těleso pohne o 6 metrů směrem dolů, práce vykonaná tíhovou silou bude 294 joulů. A teď malá změna. Řekněme, že těleso se pohne směrem dolů o 6 metrů, pak ale zase o 6 metrů vystoupá a nakonec opět klesne o 6 metrů. Práce vykonaná tíhovou silou při pohybu směrem dolů bude 294 joulů. Potom při pohybu nahoru, protože tíhová síla působí v opačném směru, než se těleso pohybuje, práce vykonaná tíhovou silou bude -294 joulů. A při posledním pohybu směrem dolů bude práce opět +294 joulů. To znamená, že celková práce vykonaná tíhovou silou na těleso je opět 294 joulů. Stejně jako když jsme nechali těleso klesnout pouze jednou. Jinými slovy: Celková práce vykonaná tíhovou silou nezávisí na dráze, po které se těleso pohybovalo. Práce vykonaná tíhovou silou závisí pouze na počáteční a koncové poloze tělesa. Ve skutečnosti je úplně jedno, po jaké dráze se těleso z počáteční polohy do koncové dostane, celková práce vykonaná tíhovou silou bude vždy 294 joulů. A protože práce vykonaná tíhovou silou nezávisí na dráze, nazýváme tíhovou sílu konzervativní. Síla, kterou působí pružina, je dalším příkladem konzervativní síly. Celková práce vykonaná pružinou nezávisí na dráze, po které se těleso pohybuje. Závisí pouze na počáteční a koncové poloze tělesa. Název „konzervativní“ pochází z toho, že konzervativní síly zachovávají celkovou mechanickou energii tělesa, což pro nekonzervativní síly neplatí. Mechanická energie je součet kinetické a potenciální energie tělesa. Příkladem nekonzervativní síly je tření. Jestliže budeme pohybovat tělesem po stole z bodu A do bodu B, tření vykoná na tělese zápornou práci, která se projeví jako teplo. Jestliže místo cesty z bodu A do bodu B zvolím cestu nejdříve do bodu B, potom zpět do bodu A a toto stále dokola, práce vykonaná třením bude stále narůstat, při čemž se bude vytvářet více a více tepla. Jelikož práce vykonaná třením závisí na zvolené cestě, tření patří mezi nekonzervativní síly. Podobně také odporová síla vzduchu není konzervativní silou, protože práce vykonaná odporovou silou vzduchu závisí na dráze, po které se těleso pohybuje. Je užitečné vědět, že pokud je síla konzervativní, můžeme pro ni definovat potenciální energii. Proto konzervativní síly, jakými jsou tíhová síla nebo síla pružiny, mají svou potenciální energie. A nekonzervativní síly, jako třeba tření, potenciální energii nemají. Což dává smysl, protože pokud konáte práci proti působení tíhové síly tím, že těleso zvednete do vzduchu, můžete tuto energii opět uvolnit tak, že necháte těleso spadnout dolů, čímž se potenciální energie změní na kinetickou energii. Obdobně pokud vykonáte práci proti působení síly pružiny tím, že pružinu stlačíte, tuto energii můžete opět uvolnit, jestliže necháte pružinu, aby se zpět roztáhla, čímž se uložená potenciální energie přemění na energii kinetickou. Ale pokud vykonáte práci proti třecí síle, tuto energii tak snadno zpátky nezískáte. Ta se totiž přeměnila na teplo a nyní je náhodným způsobem rozmístěna v podložce a v tělese.
video