Lực bảo toàn

Lực bảo toàn, còn được gọi là lực thế, là các lực khi tác động lên một vật sinh ra công cơ học mà độ lớn của công này không phụ thuộc vào hình dạng của đường đi, mà chỉ dựa vào vị trí điểm đầu và điểm cuối.

Các loại lực thế phổ biến

Thế năng do lực hấp dẫn (trọng lực)

Thế năng hấp dẫn của một vật có khối lượng $m$ khi chuyển từ độ cao ban đầu $y_i$ đến độ cao sau $y_f$ (so với mốc thế năng) tạo ra một công, được tính như sau:

Giả sử vật đang di chuyển lên, với $y_f>y_i$, và $d$ là quãng đường di chuyển, tức là hiệu số $y_f-<!--\; -\; -->y_i$. Góc $\mathrm{\theta <!--\; \theta \; -->}$ là góc giữa chiều lực và quãng đường di chuyển. Trong trường hợp này $\mathrm{\theta <!--\; \theta \; -->}=180{}^{\circ <!--\; \circ \; -->}$, vì trọng lực luôn hướng xuống, ngược với chiều di chuyển. Áp dụng công thức tính công, ta có:

Thế năng hấp dẫn của một vật có khối lượng $m$ thay đổi khi độ cao của nó thay đổi. Khi vật chuyển từ độ cao $y_i$ đến độ cao $y_f$, thế năng hấp dẫn thay đổi từ $W_{Fg}=F_g$

Thế năng của lò xo (lực đàn hồi)

Công của lực đàn hồi được tính theo công thức sau, với $F_s=-<!--\; -\; -->kx$:

Chúng ta thấy rằng, công do lực đàn hồi sinh ra chỉ phụ thuộc vào mức độ biến dạng của lò xo, không liên quan đến quỹ đạo di chuyển. Do đó, lực đàn hồi cũng được coi là lực thế.

Lực không thay đổi

Xem xét một lực $\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{F}$ không thay đổi, tác động lên một vật, khiến vật di chuyển từ vị trí $\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{r_i}$ đến $\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{r_f}$. Công thực hiện là:

Do đó, $\stackrel{\to <!--\; \to \; -->}{F}$ cũng là một lực thế.

Sách Physics for Scientists and Engineers với Vật lý Hiện đại - Raymond A. Serway, John W. Jewett