Виды энергии

Энергия является важнейшей физической величиной, характеризующей способность тела или системы тел совершать работу.

Например, катящийся шар, деформированная пружина, поднятое тело над Землей обладают энергией независимо от того, совершают ли они в данный момент работу или нет.

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

Изменение энергии выражается работой, которую может совершать система, переходя из одного состояния в другое. Т.о. Работа А, совершаемая системой равна разности энергий, присущих системе в этих состояниях:

А = Е₀ – Е_n, где Е₀ и Е_n – энергии системы в исходном и конечном состояниях. Энергия тела может быть обусловлена причинами двоякого рода: 1) во-первых, движением тел с некоторой скоростью и 2) во-вторых, определяемая взаимным расположением тел и характером сил взаимодействия между ними.

Энергия первого вида называется кинетической энергией. Энергия второго вида называется потенциальной энергией.

Кинетическая энергия Сила, действуя на тело, вызывает его перемещение и совершает работу. Следовательно, энергия тела возрастает на величину затраченной работы. Т.о. работа dAв на некотором пути способствует возрастанию скорости от 0 дои происходит увеличение кинематической энергии dT тела.

dA=dT (8)

Используем второй закон Ньютона , умножим на перемещение , получим = (9)

т.к. , то dA=, откуда Т=

Т.о. тело массой «m» движущееся со скоростью V, обладает кинетической энергией

Т= (10)

Т – зависит от массы и скорости тела, т.е. кинетическая энергия системы есть функция состояния ее движения. Движение тела рассматривается в инерциальной системе отсчета.

Потенциальная энергия Пусть взаимодействия тел осуществляется посредством силовых полей (упругих сил или гравитационных сил). Работа, в этом случае, не зависит по какой траектории это перемещение произошло, а зависит только от начального и конечного положений. Такие поля называются потенциальными, а силы, действующие в них, - консервативными.

Тело, находясь в потенциальном поле сил, обладает потенциальной П. Работа консервативных сил равна приращению потенциальной энергии, взятому со знаком минус, т.к. работа совершается за счет убыли

потенциальной энергии: dA= - dП (11)

или (12)

П= (13),

где С – постоянная интегрирования.

Вид функции потенциальной энергии зависит от характера силового поля. Так вблизи земной поверхности гравитационное поле, потенциальная энергия тела массой «m» равна.

П=mgh (14),

h – над поверхностью Земли. Потенциальная энергия упругодеформированного тела:

П=k (15),

где, х – деформация, k – коэффициент упругости (для пружины – жесткость).

Начало отсчета выбирается произвольно, то потенциальная энергия может иметь отрицательное значение (кинетическая энергия всегда положительна). Если принять за нуль П тела, находящегося на поверхности Земли, то П тела, находящегося на дне шахты (глубина h').

П= - mgh' (16)

Полная механическая энергия системы равна сумме кинетической и потенциальной энергий: Е=Т+П (17)

Полная энергия системы Е складывается из всех присущих системе видов энергии. Какие бы превращения энергии не происходили в изолированной системе «Полная энергия системы остается постоянной».

Е=const (18)

«Будучи несозидаемой и неуничтожаемой, энергия может превращаться из одних видов в другие» (закон сохранения и превращения энергии)».

«Изменение энергии неизолированной системы равно работа, совершаемой системой (закон сохранения и превращения энергии)».

∆Е= - А (19)

«Энергия есть количественная и качественная характеристика движения материи, работа – количественная характеристика превращения одних форм движения материи в другие».

Работа и энергия – различные физические величины, но выражаются в одинаковых единицах. Закон сохранения и превращения энергии является всеобщим фундаментальным законом природы, он справедлив для систем макротел и для систем микротел. Физическая сущность этого закона – неуничтожаемость материи и ее движения.

Вопросы для самоконтроля

1. Что изучает раздел динамики? Дайте определения силы, массы, импульса силы и импульса тела. Их единицы измерения в системе СИ.

2. Как формулируются основные законы динамики – законы Ньютона?

3. Сформулируйте и запишите законы изменения количества движения и закон сохранения импульса для изолированной системы.

4. Что называется в механике работой? Как выражается работа в различных случаях? Единицы измерения в системе СИ. Соотношения между единицами.

5. Что называется мощностью? Каково ее выражение? Единицы измерения СИ.

6. Что называется энергией? Как формулируется закон сохранения энергии? Виды энергии.

7. Как выражается кинетическая энергия движущейся материальной точки?

8. Как выражается потенциальная энергия поднятого тела?

9. Что называется абсолютно твердым телом?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Дата добавления: 2014-01-04