Работа и мощность. Пусть тело под действием постоянной силы совершило перемещение s (Рис.2.3)

Пусть тело под действием постоянной силы совершило перемещение s (Рис.2.3). Перемещение тела обусловлено касательной составляющей силы Fcos , которая называется движущей силой. Нормальная составляющая силы Fsin не вызывает перемещение тела по пути s.

Произведение движущей силы на перемещение называется работой:

. (2-12)

При работа положительна и сила вызывает перемещение тела;

при работа отрицательна и сила препятствует движению тела; при сила не совершает работы по перемещению; при

В случае переменной силы и криволинейного пути формулой (2-12) пользоваться нельзя. В этом случае, рассматривая элементарное перемещение , силу можно считать постоянной и движение прямолинейным. Элементарной работой силы на перемещение называется величина

где - угол между векторами и ; - проекция вектора на (рис.2.1).

Работа силы на участке траектории от точки 1 до точки 2 определяется интегрированием

.

Работа является скалярной величиной и измеряется в Джоулях.

. 1Дж – работа, совершаемая силой 1 Н при перемещении тела на расстояние 1 м в направлении действия силы.

Для того, чтобы знать как быстро совершается работа, вводят понятие мощности:

.

Если тело под действием постоянной силы движется с постоянной скоростью, то мощность можно выразить в виде

.

Мощность тоже скалярная величина. Единица мощности – ватт. 1Вт – мощность, при которой за 1 с совершается работа, равная 1 Дж.

2.8. Энергия. Закон сохранения энергии

Энергия характеризует состояние системы, способность системы к совершению работы при переходе из одного состояния в другое.

Изменение энергии выражается работой, которую может совершить система, переходя из одного состояния в другое, т.е.:

,

где и - энергии системы в исходном и конечном состояниях.

Кинетическая энергия механической системы – это энергия механического движения этой системы. Определим эту энергию.

Пусть тело под действием силы тело изменило свою скорость от 0 до . Тогда

.

Согласно второго закона Ньютона Умножая обе части этого равенства на , получим

Если учесть, что , то .

.

Кинетическая энергия зависит только от скорости и массы тела.

Потенциальная энергия – механическая энергия системы тел, определяемая их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними.

Силы, работа которых не зависит от формы пути, называются потенциальными, а поле этих сил – потенциальным. Тело, находясь в потенциальном поле, обладает потенциальной энергией. Работа, совершенная в этом поле равна приращению потенциальной энергии:

.

.

Потенциальная энергия тела массой m, поднятого на высоту h над поверхностью Земли, равна

.

Определим потенциальную энергию упругодеформированного тела. Элементарная работа при бесконечно малой деформации

.

Таким образом, .

Полная энергия системы складывается из всех присущих системе видов энергии.

Закон сохранения и превращения энергии в изолированной системе:

Полная энергия изолированной системы остается постоянной. При этом, будучи несозидаемой и неуничтожаемой, энергия может превращаться из одних видов другие.

Закон сохранения и превращения энергии в неизолированной системе:

Изменение энергии неизолированной системы равно работе, совершаемой системой:

.

Если работа совершается внутренними силами самой системы, то работа положительна и энергия системы убывает. Если же работа совершается внешними силами над системой, то работа отрицательно и энергия системы возрастает.

Закон сохранения и превращения энергии раскрывает физический смысл понятий энергии и работы. Таким образом, энергия является количественной и качественной характеристикой движения материи, а работа – количественная характеристика превращения одних форм движения материи в другое.

Дата добавления: 2014-12-10