Мощность. Изменение потенциальной энергии рав­но положительной работе, которую следу­ет совершить над телом, чтобы медленно переместить его из точки А в точку В при

Изменение потенциальной энергии рав­но положительной работе, которую следу­ет совершить над телом, чтобы медленно переместить его из точки А в точку В при наличии сил взаимодействия.

Гравитационная потенциальная энергия массы т, взаимодействующей со сфериче­ской массой М, записывается в виде

где R - радиус сферы, причем U = 0 при r= R. Положение в пространстве, в кото­ром U полагается равной нулю, можно вы­бирать произвольно.

Если под действием силы тяжести тело перейдет из одного места в другое, то кинетическая энергия его изме­нится. Это изменение кинетической энергии равно работе А.

Из закона сохранения энергии нам из­вестно, что прирост кинетической энергии происходит за счет убыли потенциальной.

Таким образом, работа силы тяжести равна убыли потенциальной энергии:

Очевидно, что убыль (или прирост) потенциальной анергии, а значит и прирост (или уменьшение) кине­тической энергии будут одни и те же, независимо от того, по какому пути тело двигалось.

Если тело перешло из первой точки во вторую с уве­личением кинетической энергии, то из второй точки в первую оно перейдет с уменьшением кинетической энергии на точно такую же величину.

При этом безразлично, совпадает ли форма пути «туда» с формой пути «обратно». Значит, и работы «туда» и «обратно» будут одинаковы. А если тело проделывает длинное путе­шествие, но конец пути совпадает с началом, то работа будет равна нулю.

Это означает, что работа силы тяжести не зависит от формы пути.

При медлен­ном перемещении тела приложенная сила равна и направлена противо­положно силе взаимодействия.

Для консервативных сил интеграл работы не зависит от пути.

Сила трения является неконсервативной. Действующие на тело неконсервативные силы приводят к возник­новению тепловой энергии.

Работа по кольцевому (физики говорят — по замк­нутому) пути равна нулю не для всех сил. Работа сил трения, например, будет тем больше, чем длиннее путь.

ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ

Работа и энергия измеряются в едини­цах произведения силы на расстояние, т. е. в ньютонах на метр (Н х м); размерность этой величины ML ²T ^{- 2}.

Эта единица на­шла довольно широкое употребление и на­зывается джоулем (Дж). Ежесекундно элек­трическая лампочка мощностью 100 Вт расходует 100 Дж энергии.

Одна лошади­ная сила (л. с.) определяется как ежесе­кундный расход энергии, равной 746 Дж.

В системе СГС работа и энергия изме­ряются в динах на сантиметр. Эта единица называется эргом:

1 Дж = 1 Н • 1 м = (10⁵ дин)(10² см) = = 10⁷ дин • см = 10⁷ эрг.

В атомной и ядерной физике в качестве единицы измерения энергии широко используется электронвольт (эВ):

1эВ = 1,6-10^-19 Дж (определение электронвольта).

В процессе использования энергии A, т.е. когда энергия передается от одной системы к другой либо сообщается те­лу или системе с помощью внешней си­лы, скорость передачи энергии называет­ся мощностью и обозначается W.

Согласно определению,

W = dA/ dt

Величина W характеризует мгновенное зна­чение скорости передачи энергии.

В си­стеме СИ единицей измерения мощности является джоуль в секунду (Дж/с).

Эта еди­ница имеет размерность ML² Т ^-3 и назы­вается ваттом (Вт).

Электрическая лампоч­ка мощностью 100 Вт расходует 100 Дж/с.

Произведение мощности на время да­ет энергию.

Широко используется едини­ца энергии киловатт-час (кВт • ч):

1 кВт • ч = 10³ Вт • 3600 с = 3,6. 10⁶ Дж.

В США ежедневно потребляется в среднем 1,3 • 10¹³ кВт • ч энергии.

Дата добавления: 2014-01-14