У фізиці консервативні сили (потенційні сили) - сили, робота яких не залежить від форми траєкторії (залежить тільки від початкової і кінцевої точки докладання зусиль). Звідси випливає визначення: консервативні сили - такі сили, робота яких по будь-якої замкнутої траєкторії дорівнює 0.
Якщо в системі діють тільки консервативні сили, то механічна енергія системи зберігається.
Для консервативних сил виконуються наступні тотожності:
- ротор консервативних сил дорівнює 0;
- робота консервативних сил за довільним замкнутому контуру дорівнює 0;
- консервативна сила є градієнтом якоїсь скалярної функції U, званої силовий. Ця функція дорівнює потенційної енергії взятої з протилежним знаком.
У шкільній програмі з фізики сили поділяють на консервативні та неконсерватівние. Прикладами консервативних сил є: сила тяжіння, сила пружності. Прикладами неконсервативних сил є сила тертя і сила опору середовища.
У теоретичній фізиці виділяють тільки чотири типи сил, кожна з яких є консервативною
Потенційна енергія - скалярна фізична величина, що характеризує здатність якогось тіла (або матеріальної точки) здійснювати роботу за рахунок його знаходження в полі дії сил. Інше визначення: потенційна енергія - це функція координат, яка є складовою в лагранжіаном системи, і описує взаємодію елементів системи [1]. Термін «потенційна енергія» був введений в XIX столітті шотландським інженером і фізиком Вільямом Ренкіна.
Одиницею вимірювання енергії в системі СІ є Джоуль.
Потенційна енергія приймається рівною нулю для деякої конфігурації тіл в просторі, вибір якої визначається зручністю подальших обчислень. Процес вибору даної конфігурації називається нормуванням потенційної енергії.
Коректне визначення потенційної енергії може бути дано тільки в поле сил, робота яких залежить тільки від початкового і кінцевого положення тіла, але не від траєкторії його переміщення. Такі сили називаються консервативними.
Також потенційна енергія є характеристикою взаємодії декількох тіл або тіла і поля.
Будь-яка фізична система прагне до стану з найменшою потенційною енергією.
Потенційна енергія пружної деформації характеризує взаємодію між собою частин тіла.
Потенційна енергія в полі тяжіння Землі поблизу поверхні приблизно виражається формулою:
де Ep - потенційна енергія тіла, m - маса тіла, g - прискорення вільного падіння, h - висота положення центру мас тіла над довільно вибраним нульовим рівнем.
Закон збереження енергії.
Якщо тіло деякої маси m рухалося під дією прикладених сил, і його швидкість змінилася від до то сили здійснили певну роботу A.
Робота всіх прикладених сил дорівнює роботі рівнодіюча сили (див. Рис. 1.19.1).
Між зміною швидкості тіла і роботою, досконалою доданими до тіла силами, існує зв'язок. Цей зв'язок найпростіше встановити, розглядаючи рух тіла вздовж прямої лінії під дією постійної сили В цьому випадку вектори сили переміщення швидкості і прискорення спрямовані вздовж однієї прямої, і тіло здійснює прямолінійний рівноприскореному русі. Направивши координатну вісь уздовж прямої руху, можна розглядати F. s. # 965; і a як алгебраїчні величини (позитивні або негативні залежно від напрямку відповідного вектора). Тоді роботу сили можна записати як A = Fs. При рівноприскореному русі переміщення s виражається формулою
Це твердження називають теоремою про кінетичну енергію. Теорема про кінетичну енергію справедлива і в загальному випадку, коли тіло рухається під дією змінюється сили, напрямок якої не збігається з напрямком переміщення.
Кінетична енергія - це енергія руху. Кінетична енергія тіла масою m. що рухається зі швидкістю дорівнює роботі, яку повинна зробити сила, прикладена до покоїться тіла, щоб повідомити йому цю швидкість:
Якщо тіло рухається зі швидкістю то для його повної зупинки необхідно виконати роботу
Закон збереження енергії. в системі тіл, між якими діють лише консервативні сили, повна механ енергія зберігається, тобто не змінюється в часі. Eк + Ep = E = const. Енергія перетворюється з одного виду в інший. Повна енергія тіла-сума потенційної і кінетичної енергії тіла. EK2 + EP2 = EK1 + EP2.