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耗散力是非保守力吗

耗散力是非保守力吗

通俗的讲,耗散力,即为非保守力。耗散力是指对系统或物体作负功,而使之总机械能减少的力。耗散力做功与力使物体经过的路程有关。大小和方向完全由物体间相对位置确定的,且做功多少只由始末位置所决定。而跟路径无关的力叫做保守力(conservative force)。保守力对物体做功的多少取决于物体始末位置,如果在该力作用下,物体的运动沿闭合路线绕行一周回到了起始位置,则所做的功为零。

保守力所做的功与运动物体所经过的路径无关,因此,如果物体沿闭合路径绕行一周,则保守力对物体所做的功恒为0 。因为保守力的功具有这样的特点,所以在只有保守力作用在物体上的情况下可以定义势能(位能)。势能大小仅由保守力的大小和具有保守力作用的二物体问的相互位置决定。换句话说,势能仅与保守力场的位置有关。例如:重力势能的大小仅由重力的大小和重物与地球的相对位置即重物与地球构距离决定。换句话说,势能的大小仅与重力势场中的位置,即重物距地球表面的高度有关。应变能、弹性势能、引力势能和静电势能等都有与重力势能同样的性质。

模型不同导致的保守性的不同

最经典的一个非保守约束是物体之间的摩擦力,如果考虑刚体模型,那么摩擦力必然是非保守力,这样的系统也是非保守系统。因为系统的能量并不仅取决于系统内物质的位置,还取决于系统内部物质之间的速度和压力或应力。 这样的系统的内能既不能包含在动能里,也不能包含在势能里,因为刚体模型不能定义内能,只能说它是一种耗散,既然有耗散,那就不是保守系统。

但是考虑非刚性的固体模型,每个物体由原子构成,原子之间有势能,那么这个时候摩擦力实际上是原子之间的势能和原子的振动能改变而产生的,系统的能量由系统里各个原子的位置而决定。摩擦力本质是“原子势能力(原子势能(包含并主要是库伦势能)对位移的求导再取负值)”。这样,所谓的“耗散”,“内能”,“热量”本质上是原子势能和动能。我们可以说,这样的模型里,摩擦力是一种保守力,系统的能量由每个原子的相对位置唯一决定。

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