重要な用語を理解
* 中央力場: 力の中心と呼ばれる空間の固定点に常に向かっている、または遠く離れている力。地球と太陽の間の重力を考えてください - それは常にそれらを結ぶ線に沿って作用します。
* 保守的な力: オブジェクトで行われた作業は、採取された経路から独立しています。 これは、オブジェクトをポイントAからポイントBに移動する総作業が、続くルートに関係なく同じであることを意味します。
なぜ中央の力場が保守的であるのか
鍵は、行われた仕事と潜在的なエネルギーの関係にあります。
1。完了: 中央の力の場合、オブジェクトをAからBに移動する際に行われた作業は、経路に沿った力のライン積分として計算されます。
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作業=∫F・DR
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ここで、Fは力であり、DRはパスに沿った無限の変位です。
2。パスの独立性: 力はオブジェクトと力の中心をつなぐ線に沿って作用するため、その成分は任意の変位に垂直です。これは、行われた作業は、放射状の方向に沿った変位にのみ依存します(中心に向かってまたは離れています)。
3。ポテンシャルエネルギー: 保守的な力については、次のようにポテンシャルエネルギー関数(U)を定義できます。
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work =-Δu=u(a)-u(b)
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これは、行われた作業は、単に2つのポイント間のポテンシャルエネルギーの変化であることを意味します。
例:重力
重力を考えてみましょう。 オブジェクトを高さhから地面に移動する際に重力によって行われた作業は次のとおりです。
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work =-mgh
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これは、オブジェクトがとるパスに依存しません。まっすぐに落ちたり、ランプを滑り落ちたり、回り道のルートをとったりすることさえあります。ポテンシャルエネルギーの変化は常に同じです(-mgh)。
結論
中央部隊は常にオブジェクトを中心に接続する線に沿って向けられているため、行われた作業は、とられた経路とは無関係です。これにより、ポテンシャルエネルギー関数を定義し、中央部隊を本質的に保守的にすることができます。
重要な注意:
すべての中央部隊は保守的ですが、すべての保守的な軍隊が中心であるわけではありません。 たとえば、均一な電界は保守的ですが、中心点に向かってではなく特定の方向に作用するため、中央の力ではありません。
この説明が、なぜ中央部隊のフィールドが常に保守的であるかを理解するのに役立つことを願っています。質問がある場合は、お気軽にお問い合わせください!