موضوع مقاله: نیروی پایستار | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # نیروی پایستار | مقدمه: نیروی گرانشی یک مثال از یک نیروی پایستار است در حالی که نیروی اصطکاک به عنوان مثالی از یک نیروی غیرپایستار شناخته می‌شود. | ## بخش 1: نیروی پایستار | یک نیروی پایستار، مانند نیروهای گرانشی که برای کار انجام شده توسط یا علیه آن تنها بستگی به نقاط شروع و پایان حرکت دارد و به مسیر طی شده بستگی ندارد. می‌توان برای هر نیروی پایستار انرژی پتانسیل تعریف کرد همان‌طور که برای نیروی گراش اینکار را انجام دادیم. برای مثال هنگامی که یک اسباب بازی، یک تایمر تخم مرغ یا یک ساعت قدیمی را خراب کنید، کاری برخلاف فنرهای ان انجان داده و در آن انرژی ذخیره می‌کنید. (فنرها ایده‌آل در نظر گرفته شده‌اند و فرض می‌شود که در آن‌ها اصطکاک و انرژی حرارتی وجود ندارد). این انرژی ذخیره شده قابل بازیابی به عنوان کار می‌باشد و خوب است که به عنوان انرژی پتانسیل موجود در فنر در نظر گرفته شود. در واقع دلیل اینکه فنر این مشخصه را دارا می‌باشد این است که نیروی آن پایستار می‌باشد. انرژی پتانسیل و نیروهای پایستار انرژی پتانسیل، انرژی است که یک سیستم بسته به موقعیت، شکل یا پیکربندی دارد. نیروی پایستار برای کارهایی که توسط یا علیه آن انجام شده تنها به نقاط ابتدایی و انتهایی حرکت بستگی دارد و به مسیر بستگی ندارد. کاری که بر علیه نیروی پایستار برای رسیدن به پیکربندی نهایی انجام می‌شود بستگی به پیکربندی دارد نه به روشی که انجام می‌شود و انرژی پتانسیل اضافه می‌شود. انرژی پتانسیل یک فنر ابتدا، یک اصطلاح برای انرژی پتانسیل در فنر تعیین کنیم (PEs). کار لازم برای کشیدن یا فشردن فنر که از قانون هوک پیروی می‌کند در اینجا محاسبه می‌شود. | ## بخش 2: نیروی پایستار | (قانون هوک در الاستیسیته مورد بررسی قرار می‌گیرد: تنش و کرنش و حالت‌هایی که مقدار نیروی F در فنر و در نتیجه تغییرشکل ΔL که متناسب است نشان می‌دهد. میانگین نیرو kx/2 می‌باشد؛ بنابراین کار انجام شده درکشیده شدن یا فشردن فنر برابر است با: در نهایت سطح زیر نمودار F-x کار انجام شده توسط نیرو می‌باشد. در شکل 1c می‌توان مشاهده کرد که این محدوده تقریباً برابر است با سپس انرژی پتانسیل فنر PEs به صورت زیر تعریف می‌شود: که k ثابت فنر و x تغییرمکان از موقعیت تغییرشکل نیافته می‌باشد. انرژی پتانسیل کار انجام شده روی فنر و انرژی ذخیره شده در آن تحت کشیدن یا فشردن فنر در فاصله x را نشان می‌دهد. شکل 1) a) فنر تغییرشکل نیافته انرژی پتانسیل ذخیره شده‌ای PEs در خود ندارد b) نیروی لازم برای کشیدن یا فشردن فنر به اندازه x مقداری برابر F=kx و کار انجام شده برای کشیدن یا فشردن برابر است با . به علت پایستار بودن نیرو، این کار به عنوان انرژی پتانسیل در فنر ذخیره شده و می‌تواند به‌طور کامل بازیابی شود. C) نمودار F-x شیبی برابر k دارد و مساحت زیر نمودار برابر می‌باشد؛ بنابراین کار انجام شده یا انرژی پتانسیل ذخیره شده برابر است با معادله اعتبار عمومی فراتر از موارد خاصی که از آنها مشتق شده دارد. برای تغییرشکل‌های شکل یا موقعیت، انرژی ذخیره شده برابر است با: که k در آن ثابت نیرو در سیستم مشخص و x تغییرشکل آن است. پایستگی انرژی مکانیکی شکل ۲) کار انجام شده برای تغییرشکل سیم‌های گیتار به ان انرژی پتانسیل می‌دهد. هنگامی که آزاد می‌شود، انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل شده و به انرژی پتانسیل توسط سیمی که به عقب و جلو نوسان می‌کند برمیگردد. مقدار بسیار کمی اصطکاک به عنوان انرژی صوتی مستهلک می‌شود که به آرامی انرژی را از رشته‌ها حذف می‌کند. | ## بخش 3: نیروی پایستار | بیاید در نظر بگیریم که چه شکل از قضیه کار و انرژی اتفاق می‌افتد وقتی که تنها نیروهای پایستار مشارکت دارند. قضیه کار و انرژی نشان می‌دهد که کار خالص انجام شده توسط تمام نیروهای وارده به سیستم برابر با تغییر در انرژی جنبشی است. اکنون اگر نیروی پایستار مانند نیروی گرانشی یا نیروی فنر، کار انجام دهد، سیستم انرژی پتانسیل را از دست می‌دهد. این معادله به این معنی است که انرژی کلی جنبشی و پتانسیل برای هر مرحله از مشارکت نیروهای پایستار ثابت است. این معادله شکل قیه کار و انرژی برای نیروهای پایستار می‌باشد که به عنوان اصل پایستگی انرژی مکانیکی شناخته می‌شود. به یاد داشته باشید که این‌ها به محدوده ای که تمام نیروها پاستار است اعمال می‌شود، بنابراین اصطکاک بسیار ناچیز است. انرژی جنبشی کل به علاوه انرژی پتانسیل یک سیستم به عنوان انرژی مکانیکی آن سیستم تعریف می‌شود. در سیستمی که تنها نیروهای پایستار را تجربه می‌کند، انرژی پتانسیلی وجود دارد که با هر نیرو در ارتباط است و انرژی تنها از شکلی بین KE و انواع مختلف PE، با ثابت نگه داشتن انرژی کل، تغییر می‌کند. باید توجه داشت که برای نیروهای پایستار، مستقیماً کار انجام شده آن‌ها مورد محاسبه قرار نمی‌گیرد. همچنین باید توجه داشت که مسیر طی شده را در نظر نباید گرفت فقط نقاط ابتدایی و انتهایی مهم هستند. | ## جمع‌بندی | این فرض معمولاً ساده‌سازی است، زیرا ممکن است مسیر پیچیده باشد و نیروها در طول مسیر ممکن است تغییر کنند.