Механічна енергія та її види

Мета цієї статті - розкрити сутність поняття «механічна енергія». Фізика широко використовує це поняття як практично, так і теоретично.

Робота і енергія

Механічну роботу, можна визначити, якщо відомі сила, діюча на тіло, і переміщення тіла. Існує й інший спосіб для розрахунку механічної роботи. Розглянемо приклад: На малюнку зображено тіло, яке може перебувати в різних механічних станах (I і II). Процес переходу тіла із стану I в стан II характеризується механічною роботою, тобто при переході із стану I в стан II тіло може здійснити роботу. При здійсненні роботи змінюється механічний стан тіла, а механічне стан можна охарактеризувати однією фізичною величиною - енергією.




Енергія - це скалярна фізична величина всіх форм руху матерії і варіантів їх взаємодії.

Чому дорівнює механічна енергія

Механічною енергією називають скалярну фізичну величину, яка визначає здатність тіла виконувати роботу. А = Е Оскільки енергія - це характеристика стану системи в певний момент часу, то робота - це характеристика процесу зміни стану системи. Енергія і робота володіють однаковими одиницями вимірювання: [А]=[Е]= 1 Дж.

Види механічної енергії

Механічна вільна енергія ділиться на два виду: кінетичну і потенційну. Кінетична енергія - це механічна енергія тіла, яка визначається швидкістю його руху. Е k = 1/2mv 2 Кінетична енергія притаманна рухомим тіл. Зупиняючись, вони виконують механічну роботу. У різних системах відліку швидкості одного і того ж тіла в довільний момент часу можуть бути різними. Тому кінетична енергія – відносна величина, вона обумовлюється вибором системи відліку.




Якщо на тіло під час руху діє сила (або одночасно кілька сил), кінетична енергія тіла змінюється: тіло прискорюється або зупиняється. При цьому робота сили або робота рівнодійної всіх сил, які прикладені до тіла, буде дорівнювати різниці кінетичних енергій: A = E k1 - E k 2 = Е k Цим твердженням, і формулою дали назву - теорема про кінетичної енергії . Потенційною енергією називають енергію, зумовлену взаємодією між тілами. При падінні тіла масою m з висоти h сила тяжіння виконує роботу. Оскільки робота і зміна енергії пов'язані рівнянням, можна записати формулу для потенційної енергії тіла в полі сили тяжіння : E p = mgh На відміну від кінетичної енергії E k потенційна E p може мати від'ємне значення, коли h <0 (наприклад, тіло, що лежало на дні колодязя). Ще одним видом механічної потенційної енергії є енергія деформації. Стисла на відстань x пружина з жорсткістю k має потенційну енергію (енергію деформації): E p = 1/2 kx 2
Енергія деформації знайшла широке застосування на практиці (іграшки), в техніці - автомати, реле та інші. E = E p + E k Повною механічною енергією тіла називають суму енергій: кінетичної і потенційної.

Закон збереження механічної енергії

Одні з найбільш точних дослідів, які провели в середині XIX століття англійський фізик Джоуль і німецький фізик Майєр, показали, що кількість енергії в замкнутих системах залишається незмінною. Вона лише переходить від одних тіл до інших. Ці дослідження допомогли відкрити закон збереження енергії :




Повна механічна енергія ізольованої системи тіл залишається постійною при будь-яких взаємодіях тіл між собою. На відміну від імпульсу, який не має еквівалентної форми, енергія має багато форм: механічну, теплову, енергію молекулярного руху, електричну енергію з силами взаємодії зарядів та інші. Одна форма енергії може переходити в іншу, наприклад, теплову кінетична енергія переходить в процесі гальмування автомобіля. Якщо сил тертя ні, і тепло не утворюється, то повна механічна енергія не втрачається, а залишається постійною в процесі руху та взаємодії тіл: E = E p + E k = const Коли діє сила тертя між тілами, тоді відбувається зменшення механічної енергії, однак і в цьому випадку вона не втрачається безслідно, а переходить в теплову (внутрішню). Якщо над замкнутою системою виконує роботу зовнішня сила, то відбувається збільшення механічної енергії на величину виконаної цією силою роботи. Якщо ж замкнута система виконує роботу над зовнішніми тілами, тоді відбувається скорочення механічної енергії системи на величину виконаної нею роботи.
Кожен вид енергії може перетворюватися повністю в довільний інший вид енергії.