Энергия и работа

1) Единой мерой различных форм движения является энергия (W). Энергия – это запас возможности совершить работу (A). Процесс изменения энергии – это процесс совершения работы. Работа, совершаемая постоянной силой F, определяется формулой:

Здесь – угол между направлением действия силы F и направлением перемещения на пути S. Работа и энергия измеряются в Джоулях [Дж].

Полная работа, совершаемая переменной силой F (S) на пути от 0 до S, определится интегрированием выражения

Здесь – элементарная работа на участке пути .

;

Рис. 13

Численное значение работы можно найти графически (рис. 13). Работа равна площади заштрихованной фигуры под зависимостью .

Для характеристики скорости совершения работы вводится понятие мощности ():

;

Здесь t – время. Единица измерения мощности ватт [Вт].

2) Кинетическая энергия.

Кинетическая энергия – это механическая энергия всякого движущегося тела. Измеряется кинетическая энергия работой, которую может совершить тело при его торможении до полной остановки. На малом участке пути переменная сила совершит работу:

.

По второму закону Ньютона силу можно найти

Тогда ; Полная работа

;

‑ кинетическая энергия.

3) Потенциальная энергия.

Рис. 14

а) Поднимая тело над поверхностью Земли, мы совершаем над ним работу и увеличиваем его энергию. Эта энергия называется потенциальной (рис. 14).

при подъёме с постоянной скоростью.

Тогда ; ‑ потенциальная энергия. Это также механическая форма энергии.

Поднимем тело на высоту H по пути l (рис. 14).

но . Тогда .

Силы (в данном случае это сила тяжести), работа которых не зависит от формы пути, называются консервативными.

б) Потенциальная энергия упруго деформированного тела.

Из закона Р. Гука ; По третьему закону Ньютона внешняя сила . Для нее . Найдем работу, совершаемую этой силой при упругой деформации тела на величину .

; ;

Здесь – потенциальная энергия, запасенная в упруго деформированном теле.

Одним из основных фундаментальных законов в физике является закон сохранения и превращения энергии.

В замкнутой системе энергия может переходить из одних видов в другие и передаваться от одного тела к другому, но её общее количество остается неизменным.

Если в замкнутой системе сохраняется только механическая энергия , система называется консервативной.

Если механическая энергия постепенно уменьшается за счет перехода в другие (немеханические) формы энергии, система называется диссипативной.

Дата добавления: 2014-11-07