Forces conservatrices et non conservatrices

user282856

Forces conservatrices et non conservatrices


J’ai appris que le travail effectué par les forces conservatrices est indépendant du chemin suivi entre la position initiale et la position finale. Mais ce n’est pas le cas pour les forces non conservatrices, elles dépendent du chemin suivi pour atteindre le point final (ex. Friction).

Ma question est:

  1. Pourquoi est-ce si? Pourquoi le travail de certaines forces dépend-il du chemin et d’autres non?

Quand je tiens une chose dans ma main et la fais suivre un chemin aléatoire court et long dans différents cas et arriver à une position

X

, J’ai l’impression d’avoir fait un travail différent dans les deux cas. Mais la gravitation étant une force conservatrice, j’ai dit que j’avais fait autant de travail dans les deux cas.

  1. Où je me trompe?

  2. Aussi, pourquoi existe-t-il 2 forces? Les forces sont des forces, elles doivent avoir la même nature.

Enfin,

  1. Puis-je déclarer que toutes les forces unidirectionnelles sont conservatrices?

  2. Existe-t-il d’autres classifications de forces?

citron

Je pense que je vois au moins une de vos sources de confusion. Si vous soulevez un objet à hauteur d’épaule et que vous le tenez là, combien de travail faites-vous (en le tenant immobile)?

Farcher


user282856

@lemon J’ai l’impression de le tenir immobile et je travaille contre la gravité, car j’applique une force contre elle. mais selon la définition du travail, je fais zéro travail car zéro déplacement. Je ne comprends pas pourquoi le déplacement a reçu le pouvoir de rendre le travail nul lorsque la force est non nulle? Est-ce que le travail est juste défini de cette façon? Alors, quelle est la raison de le définir de cette façon?

Réponses


 Steeven

Pourquoi le travail de certaines forces dépend du chemin et d’autres non.

  • Les forces non conservatrices provoquent une perte d’énergie pendant le déplacement. Par exemple, le frottement lorsqu’un objet se déplace sur une surface convertit l’énergie stockée en chaleur qui disparaît et est gaspillée. Par conséquent, l’état final dépend de la durée du chemin, car cela détermine la quantité d’énergie perdue en cours de route.

  • Les forces conservatrices ne provoquent aucune perte d’énergie. Par conséquent, l’énergie associée à de telles forces ne peut être convertie qu’en d’autres formes stockées dans l’objet (énergie cinétique) ou le système (énergie potentielle). En fait, le travail effectué par une force conservatrice est ce que nous appelons l’ énergie potentielle . Le mot «potentiel» donne l’impression qu’il est stocké; c’est simplement un nom pour le travail que la force conservatrice fera lorsqu’elle sera libérée. Et lorsqu’elle sera libérée, cette énergie potentielle sera travaillée sur l’objet et elle se transformera en énergie cinétique, qui est toujours stockée dans le corps. Si l’on vous dit quelles sont les vitesses de début et de fin, vous savez donc que la différence d’énergie cinétique doit être stockée. Quel que soit le chemin.

Nous pouvons considérer la conservation en termes d’énergie comme ici ou entropie et peut-être d’autres aussi. Personnellement, je trouve l’approche énergétique la plus intuitive.

Lorsque je tiens une chose dans ma main et que je la fais suivre un chemin aléatoire court et long dans différents cas et que j’arrive à la position «  x  », j’ai l’impression d’avoir fait une quantité de travail différente dans les deux cas. Mais la gravitation étant une force conservatrice, j’ai dit que j’avais fait autant de travail dans les deux cas. Où je me trompe?

La gravité peut être une force conservatrice, mais la force que vous exercez sur l’objet ne l’est pas.

Aussi pourquoi existe-t-il 2 forces? Les forces sont des forces qui doivent être de même nature.

À quels deux pensez-vous?

En tout cas, oui, les forces sont pour ainsi dire « la même chose ». Peu importe le « type » de force ou ce qui a créé la force – les forces sont des forces et elles peuvent être ajoutées, par exemple dans les lois de Newton, où nous ne nous soucions pas du « type » de force.

Enfin, -puis-je déclarer que toutes les forces unidirectionnelles sont conservatrices?

Qu’entendez-vous par force unidirectionnelle?

Si la gravité tire vers le bas, de sorte qu’une boîte glisse sur une pente, il peut toujours y avoir un frottement dans une seule direction sur la pente. La directionnalité n’est pas une mesure de si une force est conservatrice ou non.

Pensez plutôt au type d’énergie que cette force provoque. Est-ce potentiel ou cinétique, alors la force est conservatrice. Est-ce de la chaleur ou similaire, alors non.

-Y a-t-il d’autres classifications de forces?

Il existe de nombreux « types » de forces: électriques, magnétiques, chimiques, gravitationnelles, élastiques, etc. Ce ne sont que des noms qui nous indiquent leur origine. Comme indiqué ci-dessus, le « type » ou l’origine n’a pas d’importance; toutes les forces peuvent provoquer une accélération de la même manière.

MrAP

vous avez tort de dire que la directionnalité n’est pas une mesure si une force est conservatrice ou non parce que si les forces conservatrices ne sont pas unidirectionnelles, le travail effectué par elles serait différent pour différents chemins empruntés.

MrAP

Dans votre exemple d’inclinaison, si vous déplacez la boîte vers le haut, le frottement aura une autre direction; sa direction est toujours opposée à la direction de mouvement de la boîte.

Steeven

@MrAP Naturellement, la direction peut changer si la situation change. Et la force gravitationnelle aussi; pensez à des planètes en orbite.

MrAP

Je pense que dans votre exemple, le travail effectué par la force gravitationnelle sur la planète serait différent pour atteindre un point particulier dans le sens horaire et antihoraire

Steeven

@MrAP Je suis désolé, je ne comprends pas ce que vous entendez par sens horaire et anti-horaire. Mon point ci-dessus était que votre affirmation selon laquelle une force conservatrice doit être unidirectionnelle est incorrecte. La force gravitationnelle est un exemple de force conservatrice mais non unidirectionnelle.


 adouci

Le travail est défini comme la forme différentielle de trajectoire associée à un champ de vecteur de force, c’est-à-dire

W=FXX+Fyy+Fzz

; l’ouvrage fini en est l’intégrale sur une ligne finie

γ

. Une fois que vous avez intégré les variables, la seule variable qui reste est exactement le chemin sur lequel vous intégrez, par conséquent, par définition, les intégrales de la forme différentielle doivent en effet être fonction du chemin, en principe.

On peut montrer que dans le cas très particulier des forces dérivées d’une fonction potentielle (à savoir les forces conservatrices)

F=gradV

l’intégration sur n’importe quel chemin ne dépend pas de la forme du chemin, mais seulement de ses points initial et final (en raison du théorème de Stokes sur les limites de l’intégration).

Les forces sont des forces qu’elles doivent avoir de même nature.

Dans l’univers, il existe quatre types différents d’interactions et leur forme dépend fortement du cas d’espèce et de la répartition des masses et des charges générant la force.

anon01

À quiconque a voté contre cela … pourquoi?


 Alex Meiburg

Je regarde les forces [non] conservatrices en termes de ce qu’elles transforment l’énergie. Lorsque vous vous déplacez contre une force, vous travaillez; lorsque vous vous déplacez avec une force, un travail est effectué sur l’objet. Dans des forces conservatrices, ce sont deux conversions d’énergie « efficaces »: 100% du travail que vous faites est transformé en énergie potentielle utilisable, puis 100% de cela est retourné en énergie cinétique de l’objet. C’est le cas, par exemple, d’un objet tombant sous gravité dans le vide: son énergie est exactement la même en bas qu’en haut.

La friction ne fait pas cela. La friction, par définition, convertit tout le travail effectué en chaleur. La force s’opposant au mouvement dans une certaine direction

X

est la somme du travail requis pour obtenir l’énergie potentielle et l’énergie qui sera perdue. Dans la friction, il n’y a pas d’énergie potentielle stockée, vous travaillez donc toujours pour bouger.

La force de votre bras sur un objet n’est pas non plus conservatrice. Peut-être qu’avec des muscles très efficaces, vous pouvez soulever un poids à 100% efficacement. Mais lorsque vous l’abaissez à nouveau, l’énergie potentielle n’est pas reconvertie en énergie dans votre bras. En fait, vous devrez commencer à tirer vos cellules musculaires pour ralentir leur chute, ce qui gaspillera de la chaleur, donc vous travaillez même quand il descend. Encore une fois, tout le travail est transformé en chaleur.

Comme exemple de quelque chose entre les deux, un objet volant dans l’air sous gravité: en montant, la majeure partie de son énergie est transformée en énergie potentielle, et un peu en turbulence dans l’air (et éventuellement en chaleur); et en descendant, la plupart est retournée en énergie cinétique. Alors peut-être qu’en atteignant sa hauteur d’origine, il a 90% de sa vitesse d’origine. Cette force était surtout conservatrice.

Pourquoi y a-t-il « 2 sortes de forces »? Dans le même sens qu’il existe « deux types de phrases en anglais »: vrai et faux. Le conservatisme est juste une propriété dont je peux parler, indiquant 0 perte. C’est la même chose que «[parfaitement] élastique» et «inélastique».

Pourquoi les 4 forces fondamentales sont-elles conservatrices? – parce qu’ils n’ont nulle part ailleurs où mettre l’énergie! À l’échelle microscopique, toute l’énergie est «suivie», y compris la chaleur, comme l’énergie cinétique des particules créant de la chaleur. Par définition, l’énergie est la chose qui est conservée par toutes les forces. Nous avons donc construit une énergie telle que les forces fondamentales seraient conservatrices, et cela l’a déterminée. Ensuite, si vous choisissez d’ignorer certains types d’énergie (comme la chaleur), vous pouvez obtenir des forces non conservatrices.

adouci

Ce n’est tout simplement pas ce que sont les forces conservatrices et non conservatrices. De plus, la conservation de l’énergie est un point différent et n’a pas toujours besoin d’être respecté. « nous avons construit une énergie telle que les forces fondamentales seraient conservatrices, et cela l’a déterminée » ce n’est pas du tout vrai, tout comme la toute dernière déclaration.

Alex Meiburg

Je suis confus par vos objections. Ce n’est peut-être pas le libellé standard de la définition d’une force conservatrice (soit «l’indépendance du chemin», soit la relation entre certains dérivés), mais c’est clairement équivalent dans le cas d’une force qui ne dépend que de la position. L’affiche de la question ne semble pas demander une dérivation mathématique – ils semblent le comprendre – autant qu’une élaboration des raisons / exemples / intuition de ces forces, que je pense fournir. Re: « la conservation de l’énergie .. ne doit pas toujours tenir. » Je suis très confus de ce que vous entendez par cette partie.

Alex Meiburg

La conservation de l’énergie est certainement vraie à l’échelle mondiale. En conséquence, toutes les forces non conservatrices sont le résultat de la négligence de compter une certaine forme d’énergie. Êtes-vous en désaccord avec cela?

adouci

Ils peuvent être équivalents dans les mêmes cas, mais ce sont des concepts différents en général (c’était ma remarque). « les besoins de conservation de l’énergie ne sont pas toujours valables » signifie exactement ce qu’il dit, à savoir que, compte tenu de tout système général, la conservation de l’énergie pourrait ou non être valable selon le cas en question. Quant à la dernière remarque « toutes les forces non conservatrices sont le résultat de négliger de compter une certaine forme d’énergie », je ne suis pas particulièrement convaincu que ce soit le cas: c’est vrai pour la chaleur thermodynamique à coup sûr, mais je ne suis pas sûr qu’elle tient dans général (il pourrait cependant).

adouci

Par exemple, la force de Lorentz agissant sur une particule chargée n’est pas conservatrice, mais je ne vois aucun exemple de vos exemples valant pour l’électromagnétisme.


 Wolphram jonny

Ce qui rend une force conservatrice n’est pas la nature de la force, mais la configuration ou l’installation dans laquelle vous la ressentez. Par exemple, une configuration statique de charges ou de masses peut créer un champ de force qui est conservateur, car la force que vous ressentez à un endroit donné est toujours la même. Mais si les charges se déplaçaient, ce ne serait plus vrai, la force qu’une charge de sonde ressentira à une position donnée sera fonction du temps, et le champ ne sera plus conservateur.

Exemple 1: conservateur. Le champ de force électrique créé par une charge au repos.

Exemple 2: non conservateur. Le champ électrique par la même charge si la charge est attachée à un ressort qui oscille périodiquement. À un point donné de l’espace, le champ électrique changera avec la position de la charge, il n’est donc pas conservateur.

user282856

Pourriez-vous s’il vous plaît m’aider à visualiser votre explication avec un exemple de chaque cas (conservateur et non conservateur)?

Wolphram jonny

J’ai ajouté des exemples à la réponse, j’espère que cela aide

user282856

Mais mon point est le suivant: comment pouvez-vous avoir un système statique dans tous les cas, car il y aura un déplacement en cas de travail. Donc, tout au long du chemin, le champ va varier.

Wolphram jonny

oui, bien sûr, l’objet ressentant la force ressentira une force différente à travers l’espace, mais ressentira la même force s’il revient au même endroit. C’est une condition nécessaire pour que le champ soit conservateur (bien que non suffisant). Lorsque la charge qui génère le champ électrique se déplace, le champ électrique à une position donnée change, donc lorsque l’objet qui ressent le champ revient à une position donnée, il ressentira une force différente. Cela suffit à le rendre non conservateur.

Wolphram jonny

La condition exacte pour qu’un champ de force soit conservateur est expliquée plus en détail ici en.wikipedia.org/wiki/Conservative_force

 

#et, conservatrices?, forces, non

 

google

Laisser un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *