WYKLAD3, SI˙Y ZACHOWAWCZE, PRACA.


FIZYKA (W3 prof. Lidia Maksymowicz)

Siły zachowawcze. Energia kinetyczna i potencjalna. Praca.

1.) Praca na drodze cząstki w ruchu.

Różniczkowa praca siły jest zdefiniowana jako praca wykonana przez siłę F na odcinku DE, jeżeli siła działa na odcinku AB :

WAB := ∫(A,B) F ° dr (1)

WAB := ∫(A,B) F cos∠(F, dr) dr (1a)

We wzorze (1) siła F jest wypadkową wszystkich sił działających na daną cząstkę.

WAB = ∫(A,B) m (dV / dt) ° dr (2)

dr = V dt

WAB = m ∫(A,B) (dV / dt) ° V dt (2a)

(dV / dt) ° V = d (V2) / dt = 2 V (dV / dt) ⇒ (dV / dt) ° dV = (1 / 2)(dV2 / dt)

WAB = (1 / 2) m ∫(A,B) (dV2 / dt) dt = (1 / 2) m ∫(A,B) d(V2) = [(1 / 2) m V2] (VA,VB) =

= (1 / 2) m VB2 - (1 / 2) m VA2

WAB = (1 / 2) m (VB2 - VA2)

Jest to różnica energii kinetycznej jaką osiągnie cząstka przemieszczając się od punktu A do B.

Wniosek:

Praca wykonana nad cząstką swobodną (nie posiadającej energii potencjalnej) jest równa zmianie energii kinetycznej tej cząstki.

2.) Siły zachowawcze - energia potencjalna.

Siła działająca na ciało jest wówczas siłą zachowawczą jeżeli praca wykonana przy przesunięciu od punktu A do B po drodze ACB jest równa pracy wykonanej po drodze ADB. (rys 1)

WAB = ∫(ACB) FC ° dr = ∫(ADB) FC ° dr

Czyli praca niezależna jest od toru łączącego punkty A i B :

W = ∫(ADBCA) FC ° dr = 0

W większości przypadków działania sił na masy mamy do czynienia z siłami zachowawczymi.

Np.:

Praca wykonana przez siłę grawitacji. (rys 2)

WAB := ∫(A,B) F ° dr

F(0, mg)

dr(dx, dy)

F = - j m g

dr = i dx + j dy

F dr = - j m g ° (i dx + j dy) = - m g dy

WAB = ∫(A,B) (- m g) dy = [(- m g) y] (h1,h2) = mgΔh ; Δh = h 1 - h 2

Energię potencjalną definiujemy jako pracę wykonaną przez siły zachowawcze (nie zależną od toru) :

! U AB= ∫(A,B) FC ° dr = UB - UA (3)

Skalarna funkcja U(x, y, z) jest to energia potencjalna związana z siłą zachowawczą FC. Wielkości UB i UA są to wartości tej funkcji skalarnej wyznaczone w końcowych punktach toru.

Przyjmuje się, że punkt B jest w nieskończoności i wówczas

UB → 0

U AB= ∫(A,) FC ° dr = - ∫(,A) FC ° dr = UA (3a)

Praca wykonana nad cząstką od punktu "∞" gdzie siły FC nie działają do wybranego punktu A, w którym siły te działają (obszar działania pól potencjalnych) jest UA (energia potencjalna w punkcie A).

Równanie (3a) prowadzi do związku analogicznego między UA a FC :

d UA / dr = - FC (3b)

lub

FC = - grad U(x, y, z)

lub

FC = - ∇U(x, y, z) -operator Nabla działający na skalarną funkcję U

Operator Nabla jest następująco zdefiniowany w układzie kartezjańskim jako operator wektorowy :

∇ := i (d / dx)+ j (d / dy)+ k (d / dz)

Np.:

U(x, y, z) = x3 + A y +B z2

dU / dx = 3x2, dU / dy = A, dU / dz = 2 B z

∇U = i 3 x2 + j A + k 2 B z

Pole zachowawcze posiada potencjał skalarny.

Gradient (grad) oznacza operator gradientu, który we współrzędnych kartezjańskich jest zdefiniowany przez ∇.

Gradient ze skalara jest wektorem, który ma kierunek najszybszego wzrostu skalara, a jego wartość liczbowa jest równa pochodnej kierunkowej tego skalara.

Definicja stanu równowagi:

F = - grad U (rys 3)

- Δx = dU / dx < 0 ⇒ F > 0

+Δx = dU / dx > 0 ⇒ F < 0

x1 i x2 - nie są stanami równowagi trwałej

x0 - jest stanem równowagi trwałej.



Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Psychologia ogólna - Wprowadzenie do psychologii - Mackiewicz - wykład 24, Psychologia zachowań kons
wykład-I-08.10.2012, Praca Socjalna UŚ, zarządzanie i organizacja w pomocy społecznej
wykład-03.12.2012, Praca Socjalna UŚ, zarządzanie i organizacja w pomocy społecznej
S1 Genetyka zachowań Robert Filipkowski wykład 6, Biologiczne podstawy zachowań - genetyka zachowani
S1 Genetyka zachowań Robert Filipkowski wykład 2, Biologiczne podstawy zachowań - genetyka zachowani
S1 Genetyka zachowań Robert Filipkowski wykład 8, Biologiczne podstawy zachowań - genetyka zachowani
10 - wykład - Zaburzenia osobowości i zachowania, WYKŁAD 10
Osobowość Wykład Wprowadzenie, genetyka zachowania
S1 Genetyka zachowań Robert Filipkowski wykład 1, Biologiczne podstawy zachowań - genetyka zachowani
S1 Genetyka zachowań Robert Filipkowski wykład 4, Biologiczne podstawy zachowań - genetyka zachowani
WYKŁAD 8, do Szkoły, matura, praca mgr i podyplom., encyklopedie, ściągi, Budownictwo, Budownictwo m
SAMOOCENA - SZCZEGÓŁOWE KRYTERIA OCENIANIA ZACHOWANIA, PRACA WYCHOWAWCY
20, LAB20P, Wynikiem dzia˙ania si˙y na elektron b˙dzie zakrzywienie jego toru w p˙aszczyznie prostop
ZACHOWANIE KONSUMENTÓW NA MIĘDZYNARODOWYM RYNKU TURYSTYCZNYM WYKŁAD I, Turystyka I Rekrecja, zacho
20, wstep qbak 20, Wynikiem dzia?ania si?y na elektron b?dzie zakrzywienie jego toru w p?aszczyznie
20, FIZ20, Wynikiem dzia˙ania si˙y na elektron b˙dzie zakrzywienie jego toru w p˙aszczyznie prostopa
20, FIZA20, Wynikiem dzia˙ania si˙y na elektron b˙dzie zakrzywienie jego toru w p˙aszczyznie prostop
Psychologia społeczna Szkolenia Turek wykład 10 Trudne zachowania

więcej podobnych podstron