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耗散力是非保守力吗

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一般来说,耗散力是非保守力。耗散力是指对系统或物体做负功,减少其总机械能的力。耗散力所做的功与力使物体通过的距离有关。大小和方向完全由物体之间的相对位置决定,做功的大小只由起始和结束位置决定。与路径无关的力叫做守恒力。保守力对物体所做的功的大小,取决于物体的开始和结束位置。如果物体的运动在这个力的作用下沿闭合路径回到起始位置,所做的功为零。

保守力所做的功,与运动物体所走的路径无关。因此,如果物体绕一条闭合的路径,保守力对物体所做的功永远为零。因为保守力的功有这样的特点,所以势能可以定义为只有保守力作用在一个物体上。势能的大小只取决于保守力的大小和两个有保守力的物体之间的相互位置。换句话说,势能只和保守力场的位置有关。比如重力势能的大小,只取决于重力的大小和重物与地球的相对位置,即重物与地球的结构距离。换句话说,势能只与引力势场中的位置有关,即重物离地球表面的高度。应变能、弹性势能、重力势能、静电势能都具有与重力势能相同的性质。

模型不同导致的保守性的不同

最经典的非保守约束之一是物体之间的摩擦。如果考虑刚体模型,摩擦力一定是非保守力,这样的系统也是非保守系统。因为一个系统的能量不仅取决于系统中物质的位置,还取决于系统中物质之间的速度和压力或应力。这样一个系统的内能既不能包含在动能中,也不能包含在势能中,因为刚体模型不能定义内能,只能说是一种耗散。既然有耗散,就不是保守系统。

但考虑到非刚性固体模型,每个物体都是由原子组成的,原子之间存在势能,那么摩擦力实际上是由此时原子之间势能和振动能的变化产生的,系统的能量由系统中每个原子的位置决定。摩擦力的本质是“原子势能能力(原子势能(包括且主要是库仑势能)对位移求导后取负值)”。由此可见,所谓的“耗散”、“内能”、“热”,本质上都是原子的势能和动能。我们可以说,在这个模型中,摩擦力是一个保守力,系统的能量由每个原子的相对位置唯一决定。

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