Консервативные и неконсервативные силы. Потенциальная энергия. Понятие о потенциальном поле. Потенциальная яма.

Все силы можно разделить на: консервативные и неконсервативные.

Консервативные силы - силы, работа которых не зависит от пройденного пути и формы траектории, а определяется только начальным и конечным положением системы (тела или МТ).

Если работа сил по замкнутому контуру = 0, то силы – консервативны.

Неконсервативные силы – все другие силы, которые не удовлетворяют условию и работа которых зависит от пройденного пути.

Диссипативные силы рассеивают энергию тел (сила трения, сила сопротивления). При наличии сил трения и сопротивления энергия механической системы уменьшается, переходя во внутреннюю энергию тел, что приводит к их нагреванию. Такой процесс называют диссипацией энергии, а силы называют диссипативными. Сила называется диссипативной, если работа, совершаемая этой силой, зависит от траектории движения тела.

Гироскопические силы (сила Лоренца). Эти силы зависят от скорости движения материальной точки и действуют перпендикулярно к этой скорости. Работа таких сил всегда равна нулю, однако от консервативных сил они отличаются тем, что определяются не только положением точки, но и ее скоростью.

Если на тело или систему тел действуют только консервативные силы, то оказывается возможным ввести понятие потенциальной энергии. Если мы можем приписать каждой точке пространства в любой момент времени функцию U, причём эта функция будет связана с действующими в системе консервативными силами, то эту функцию называют потенциальной функцией.

U(x,y,x,t) – потенциальная функция.

Любая сила в такой системе может быть описана как:

Если эта потенциальная функция не зависит от времени, то поле действующих сил называют стационарным.

Потенциальная энергия – энергия, которая зависит от взаимного расположения тел и является энергией взаимодействия.

Введённая потенциальная энергия определяется с точностью до постоянной величины U=U0+C, при этом можно положить потенциальную энергию U0 = 0, тогда потенциальная энергия будет постоянной. Эта процедура называется нормировкой.

Потенциальное поле - стационарное силовое поле, в котором работа силы поля на пути между двумя любыми точками не зависит от формы пути, а зависит только от положения этих точек.

Эквипотенциальная поверхность − поверхность, во всех точках которой потенциальная энергия U имеет одно и то же значение. Каждому значению U соответствует своя эквипотенциальная поверхность.

Потенциальный барьер – область пространства, где потенциальная энергия частицы (или тела) выше, чем в соседних областях.

Потенциальная яма – ограниченная область пространства с пониженной потенциальной энергией частицы. Потенциальная яма обычно отвечает короткодействующим силам притяжения. В области действия этих сил потенциал отрицателен, вне – нулевой.

Неконсервативные силы, диссипация механической энергии. Примеры неконсервативных сил.

Неконсервативные силы – все другие силы, которые не удовлетворяют условию и работа которых зависит от пройденного пути.

В этом случае работа не идёт на увеличение потенциальной энергии, а идёт на увеличение кинетической энергии молекул тела. Кинетическая энергия тела уменьшается, происходит её рассеяние или диссипация.Однако это не означает, что энергия исчезла. Она просто перешла в энергию теплового движения молекул.

Диссипативные силы рассеивают энергию тел (сила трения, сила сопротивления). При наличии сил трения и сопротивления энергия механической системы уменьшается, переходя во внутреннюю энергию тел, что приводит к их нагреванию. Такой процесс называют диссипацией энергии, а силы называют диссипативными. Т.о., сила называется диссипативной, если работа, совершаемая этой силой, зависит от траектории движения тела. А диссипация в механических системах – это переход части их механической энергии в энергию неупорядоченных процессов, в конечном счёте - в теплоту.

Гироскопические силы (сила Лоренца). Эти силы зависят от скорости движения материальной точки и действуют перпендикулярно к этой скорости. Работа таких сил всегда равна нулю, однако от консервативных сил они отличаются тем, что определяются не только положением точки, но и ее скоростью.

Внутренняя энергия тела представляет собой кинетическую энергию невидимого беспорядочного движения атомов и молекул вещества, а также потенциальную энергию их взаимодействия. Беспорядочное движение атомов и молекул воспринимается нашими органами чувств в виде тепла. Таково физическое объяснение кажущейся потери механической энергии при ударе, трении.