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.

Еk = 1/2mv2

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 = Ek1 — Ek2 = ?Еk

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:

Ep = mgh

На відміну від кінетичної енергії Ek потенційна Ep 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):

Ep = 1/2 kx2

Енергія деформації знайшла широке застосування на практиці (іграшки), в техніці — автомати, реле та інші.

E = Ep + Ek

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 немає, і тепло не утворюється, то повна механічна енергія не втрачається, а залишається постійною в процесі руху та взаємодії тіл:

E = Ep + Ek = 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.

 

Related posts

 
 

Leave a Reply

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

http://poradumo.com.ua/59633-mehanichna-energiia-ta-yiyi-vidi/