Что такое диссипативные силы

9.4/ Консервативная и диссипативная силы__

Поле, в котором работа, совершаемая силами при перемещении тела из одного положения в другое, не зависит от того, по какой траектории это перемещение произошло, а зависит только от начального и конечного по­ложений.

Консервативные силы

Сила, работа которой при перемещении тела из одно­го положения в другое не зависит от того, по какой траектории это перемещение произошло, а зависит только от начального и конечного положений тела (точки 1 и 2 на рисунке). Пример: сила тяжести.

Диссипативные силы_

Сила, работа которой зависит от траектории перемещения тела из одной точки в другую.

Пример: силы трения и сопротивления.

Работа консервативных сил по замкнутому пути

•А = А_1b2 + А_2а1 = 0 (работы А_1Ь2 и А_2а1 не зависят от траектории перемещения; они равны и отличаются только знаками).

Потенциальная энергия и консервативные силы__

Потенциальная энергия_

Механическая энергия системы тел, определяемая их взаимным распо­ложением и характером сил взаимодействия между ними.

Связь работы консервативных сил и потенциальной энергии

Работа консервативных сил не зависит от траектории и по любому замк­нутому пути равна нулю 9.4. Изменение потенциальной энергии, равное по величине работе, тоже не будет зависеть от траектории и по любому замкнутому пути будет равным нулю. Следовательно, запас потен­циальной энергии, как возможной работы консервативных сил, опре­деляется только начальной и конечной конфигурациями системы.

Работа консервативных сил при элементарном (бесконечно малом) изменении конфигурации системы равна приращению потенциальной энергии, взятому со знаком «минус», так как работа совершается за счет убыли потенциальной энергии.

Характерные особенности потенциальной энергии

,(С — постоянная интегрирования).

Потенциальная энергия определяется с точностью до некоторой произ­вольной постоянной. Это, однако, не отражается на физических, зако­нах, так как в них входит или разность потенциальных энергий в двух положениях тела, или производная П по координатам. Поэтому потен­циальную энергию тела в каком-то определенном положении считают равной нулю (выбирают нулевой уровень отсчета), а энергию тела в других положениях отсчитывают относительно нулевого уровня.

Связь между консервативной силой и потенциальной энергией

Для консервативных сил , или в векторном виде F = — grad П.

[— градиент скаляра П (i, j, k — единичные векторы координатных осей)]

Примеры вычислений потенциальной энергии. Полная энергия_

Конкретный вид функции П зависит от характера силового поля.

Потенциальная энергия тела массой т на высоте h

Это выражение вытекает из того, что потенциальная энергия равна работе силы тяжести при падении тела с высотыh на поверхность Земли.

Высота h отсчитывается от нулевого уровня, для которого П₀ = 0, g — ускорение свободного падения.

Поскольку начало отсчета выбирается произвольно, то потенциальная энергия может иметь отрицательное значение (кинетическая энергия всегда положительна!). Если принять за нуль потенциальную энер­гию тела, лежащего на поверхности Земли, то потенциальная энергия тела, находящегося на дне шахты (глубина Л’), П = —mgh‘.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела (пружины)

Это выражение получается из того, что работа силы при деформации пружины идет на увеличение потенциальной энергии пружины.

Элементарная работа dA, совершаемая силой F_x при бесконечно малой деформации dx, dA = F_x dx = kx dx (F_x = —F _{x упр} = -(-kx) = kx).

Полная работа .

[k — коэффициент упругости (для пружины — жесткость); F_{х упр} =- kx — проекция силы упругости на ось х; F_{х упр} направлена в сторону, противопо­ложную деформации x. По третьему закону Ньютона деформирующая сила равна по модулю силе упругости и противоположно ей направлена]

Полная механическая энергия системы___Энергия механического движения и взаимодействия, т. е. равна сумме кинетической и потенциальной энергий.

Консервативные диссипативные и гироскопические силы

По влиянию на энергию системы и виду совершаемой работы все силы условно можно разделить на три вида:

• консервативные;
• диссипативные.
• гироскопические;

Консервативные силы

Консервативные силы зависят только от взаимного положения взаимодействующих тел.

Примеры консервативных сил:

;
1. Сила взаимодействия электрических зарядов (Сила Кулона);
2. Сила всемирного тяготения и сила тяжести.

Как видно из примеров, консервативные силы – это силы притяжения, или отталкивания.

Когда действуют консервативные силы, есть потенциальная энергия взаимодействия. Поэтому, консервативные силы часто называют потенциальными силами.

Потенциальная энергия – это энергия взаимного действия – притяжения, или отталкивания.

Для консервативной силы потенциальная энергия зависит только от расстояния между двумя взаимодействующими телами.

Примечание: Когда в системе действуют только консервативные силы, то в такой системе полная механическая энергия сохраняется (консервируется).

Свойство потенциальной энергии взаимодействия

Сначала нужно выбрать точку, относительно которой будем рассчитывать потенциальную энергию. И только потом относительно этой точки измерять потенциальную энергию. Выбрав другую точку отсчета, получим другую величину энергии.

Поэтому уточняют, что тело, поднятое над землей, имеет потенциальную энергию 20 Джоулей именно относительно поверхности земли. Относительно пола подвала потенциальная энергия этого тела будет больше, а относительно крыши гаража – меньше.

Работа консервативных сил

Работа консервативной силы, действующей на тело, равна уменьшению потенциальной энергии тела.

Будьте внимательны: работа равна именно уменьшению потенциальной энергии! Об этом говорит знак «минус» перед скобкой в формуле:

\( E_ \left( \text <Дж>\right)\) – потенциальная энергия тела в конечной точке;

\( E_ \left( \text <Дж>\right)\) – потенциальная энергия тела в начальной точке;

\( A \left( \text <Дж>\right)\) – работа консервативной силы.

Примечание: Поэтому, вектор консервативной силы направлен в сторону убывания потенциальной энергии.

Свойства работы консервативных сил

Работа консервативных сил не зависит от траектории, по которой тело перемещалось из начальной точки в конечную. Работа таких сил зависит только от разницы расстояния между двумя взаимодействующими телами!

Если тела сблизились – работа положительна, если одно тело удалилось от другого — работа отрицательная.

Работа консервативных сил по перемещению тела будет равна нулю, если тело будет двигаться так, что к концу своего движения вернется в первоначальную точку.

Физики говорят: «Работа консервативной силы по замкнутому пути отсутствует», или «Консервативная сила работу на замкнутом пути не совершает».

Примечание:

Предположим, что мы измерили работу какой-либо силы на замкнутой траектории и эта работа оказалась нулевой. Совсем не обязательно, что эту силу можно назвать консервативной.

Работа по замкнутому пути бывает нулевой не только для консервативной силы! Есть еще гироскопические силы. Они, так же, не совершают работу по перемещению тела, в том числе, когда тело движется по замкнутой траектории.

Сила тяжести – это консервативная сила. Почитайте, как рассчитать работу силы тяжести.

Гироскопические силы

Гироскопические силы, действующие на тело, зависят от скорости тела и его положения в пространстве. При этом, гироскопические силы всегда перпендикулярны скорости.

Свое называние эти силы получили потому, что они встречаются в теории гироскопа. Гироскоп – прибор, содержащий быстро вращающееся тело. Оно стремится сохранить неизменной ось своего вращения.

Примером простейшего гироскопа может служить волчок (рис. 1), участвующий во вращательном движении.

Примеры гироскопических сил:

1. Сила Лоренца;
2. Сила Кориолиса;

Примечания:

1. Сила Лоренца – это сила, с которой магнитное поле действует на движущуюся в нем заряженную частицу.
2. Сила Кориолиса – одна из сил инерции. Если система отсчета вращается, ее вращение влияет на движение тел в ней. Чтобы учесть влияние вращения, француз Гаспар-Густав Кориолис предложил формулу для силы, которую впоследствии назвали в его честь.

Работа гироскопических сил

Гироскопические силы направлены под прямым углом к перемещению тела поэтому, работу не совершают. Это следует из формулы, по которой рассчитываем работу силы.

Из-за такого направления работа гироскопических сил всегда равна нулю. А если нулю равна работа, то мощность, так же, будет равняться нулю. Не важно, как при этом тело перемещается и замкнута ли его траектория.

Примечание: Когда на систему действуют консервативные силы совместно с гироскопическими, полная механическая энергия такой системы не меняется и такую систему можно называть замкнутой.

В замкнутых системах действуют только консервативные и гироскопические силы.

Диссипативные силы

Диссипативные силы уменьшают механическую энергию системы. Происходит преобразование видов энергии, в конце концов, энергия переходит в тепловую и рассеивается в окружающее пространство – теряется (диссипирует).

Примеры диссипативных сил:

(скольжения);
1. Сила сопротивления воздуха;
2. Сила сопротивления при движении в жидкости.

Диссипирование – преобразование энергии упорядоченных процессов в энергию процессов неупорядоченных.

Работа диссипативных сил

Закон сохранения энергии действует во всех системах. Он не зависит от того, какие силы действуют в системе.

Когда в системе действуют только консервативные силы, систему называют замкнутой.

А когда действуют диссипативные силы — энергия системы уменьшается на величину работы этих сил. При этом энергия системы никуда бесследно не исчезает, с помощью работы таких сил она переходит в тепловую энергию.

Трение – это диссипативная сила. Работа силы трения зависит от длины пройденного телом пути. На длину пути влияет траектория. Значит, работа диссипативных сил, в том числе, силы трения, зависит от траектории тела! Ознакомьтесь с расчетом работы силы трения.

Вспомните о том, что трением можно зажечь огонь. При этом, механическую энергию движения мы преобразовываем в тепловую энергию с помощью силы трения.

Потенциальные и диссипативные силы

Силы по свойствам можно разбить на два класса. Для сил одного класса работа при перемещении между двумя точками не зависит от пути, по которому это перемещение происходила (формы траектории), для сил другого класса — зависит.

Потенциальные (консервативные) силы — силы, работа которых не зависит от формы траектории.

Классическими потенциальными силами являются сила тяжести (), сила упругости () и т.д.

Диссипативные (неконсервативные, непотенциальные) силы — силы, работа которых зависит от формы траектории.

Диссипативными силами чаще всего являются силы сопротивления и трения ().

Диссипативные силы

Диссипати́вные си́лы — силы, при действии которых на механическую систему её полная механическая энергия убывает (то есть диссипирует), переходя в другие, немеханические формы энергии, например, в теплоту.

Содержание

Особенности

В отличие от потенциальных сил зависят не только от взаимного расположения тел, но и от их относительных скоростей

Пример диссипативных сил

• Силы вязкого или сухого трения;
• Сила аэродинамического сопротивления воздуха;

См. также

Литература

• Яворский Б. М., Детлаф А. А. Физика для школьников старших классов и поступающих в вузы, уч. пос., М.: Дрофа, 2001. ISBN 5-7107-4927-3

• Проставить интервики в рамках проекта Интервики.
• Дополнить статью (статья слишком короткая либо содержит лишь словарное определение).

• Термодинамика
• Сила

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое «Диссипативные силы» в других словарях:

диссипативные силы — Силы сопротивления, зависящие от скоростей точек механической системы и вызывающие убывание ее полной механической энергии. [Сборник рекомендуемых терминов. Выпуск 102. Теоретическая механика. Академия наук СССР. Комитет научно технической… … Справочник технического переводчика

диссипативные силы — Силы сопротивления, зависящие от скоростей точек механической системы и вызывающие убывание её полной механической энергии … Политехнический терминологический толковый словарь

ДИССИПАТИВНЫЕ СИСТЕМЫ — механич. системы, полная механич. энергия к рых (т. е. сумма кинетич. и потенц. энергии) при движении убывает, переходя в др. формы энергии, напр. в теплоту. Этот процесс наз. процессом диссипации (рассеяния) механич. энергии; он происходит… … Физическая энциклопедия

Диссипативные системы — механические системы, полная механическая энергия которых (т. е. сумма кинетической и потенциальной энергий) при движении убывает, переходя в другие формы энергии, например в теплоту. Этот процесс называется процессом диссипации… … Большая советская энциклопедия

ДИССИПАТИВНЫЕ СИСТЕМЫ — (от лат. dissipatio рассеяние, разрушение) динамич. системы, у к рых полная механич. энергия (сумма кинетич. и потенц. энергий) при движении непрерывно уменьшается (рассеивается), переходя в др., немеханич. формы энергии (напр., в теплоту).… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Системы диссипативные — системы, у которых энергия упорядоченного процесса переходит в энергию неупорядоченного процесса. В механических диссипативных системах полная энергия (сумма кинетической и потенциальной) при движении непрерывно уменьшается (рассеивается),… … Концепции современного естествознания. Словарь основных терминов

РЕЛАКСАЦИОННЫЕ КОЛЕБАНИЯ — колебания, возникающие в нелинейных системах, в к рых существенную роль играют диссипативные силы: внеш. или внутр. трение в механич. системах, сопротивление в электрических. Обычно о Р. к. говорят применительно к автоколебат. системам. Каждый… … Физическая энциклопедия

Динамическая метеорология — теоретическая метеорология, раздел метеорологии, занимающийся теоретическим изучением атмосферных процессов в тропосфере и нижней стратосфере с использованием уравнений гидромеханики, термодинамики и теории излучения. За пределами Д. м.… … Большая советская энциклопедия

Релаксационные колебания — Автоколебания, возникающие в системах, в которых существенную роль играют диссипативные силы: внешнее или внутреннее трение в механических системах, активное сопротивление в электрических. Рассеяние энергии, обусловленное этими силами,… … Большая советская энциклопедия

релаксационные колебания — колебания, возникающие в нелинейных системах, в которых существенную роль играют диссипативные силы: внешнее или внутреннее трение в механических системах, сопротивление в электрических. Релаксационные колебания резко отличаются по форме от… … Энциклопедический словарь