Energija ne nestaje. Univerzalni zakon o očuvanju energije

03.08.2019

U svim pojavama koje se događaju u prirodi, energija se ne događa i ne nestaje. To se samo u jednoj vrsti pretvara samo u drugo, dok je njegova vrijednost sačuvana.

Zakon o zaštiti energije - Temeljni zakon prirode, koji se sastoji od činjenice da se za izolirani fizički sustav može uvesti skalarna fizička vrijednost, što je funkcija sistemskih parametara i pod nazivom Energy, koja se s vremenom sačuva. Budući da se zakon očuvanja energije odnosi na određene vrijednosti i pojave, ali odražava opće, primjenjive svugdje, i uvijek, obrazac, on se može pozvati na zakon, već princip očuvanja energije.

Mehanički zakon o očuvanju energije

U mehaničaru je zakon očuvanja energije tvrdi da u zatvorenom sustavu čestica, puna energija, koja je zbroj kinetičke i potencijalne energije i ne ovisi o vremenu, odnosno integralnog pokreta. Zakon očuvanja energije važi samo za zatvorene sisteme, odnosno u nedostatku vanjskih polja ili interakcija.

Snage interakcije između tijela, za koje se vrši zakon očuvanja mehaničke energije nazivaju se konzervativne snage. Zakon očuvanja mehaničke energije ne vrši se za sile trenja, jer ako postoji sila trenja, postoji transformacija mehaničke energije u toplotnu.

Matematička formulacija

Evolucija mehaničkog sistema materijalnih točaka s masama \\ (M_I \\) Prema drugom zakonu Newtona zadovoljava sistem jednadžbi

\\ [m_i \\ dot (\\ mathbf (v) _i) \u003d \\ mathbf (f) _i \\]

gde
\\ (\\ mathbf (v) _i \\) - brzine materijalnih točaka i \\ (\\ mathbf (f) _i \\) - sile djeluju na tim bodovima.

Ako podnesu sile kao zbroj potencijalnih snaga \\ (\\ mathbf (f) _i ^ p \\) i neprofitabilne snage \\ (\\ mathbf (f) _i ^ d \\) i potencijalne snage

\\ [\\ Mathbf (f) _i ^ p \u003d - \\ nabla_i u (\\ mathbf (r) _1, \\ mathbf (r) _2, \\ ldots \\ mathbf (r) _n) \\]

zatim se dominiraju sve jednadžbe na \\ (\\ mathbf (v) _i \\) mogu se dobiti

\\ [\\ Frac (d) \\ Sum_i \\ frac (mv_i ^ 2) (2) \u003d - \\ sume_i \\ frac (D \\ mathbf (r) _i) (DT) \\ cdot \\ nabla_i u (\\ mathbf (r) ) _1, \\ mathbf (R) _2, \\ ldots \\ mathbf (r) _n) + \\ sume_i \\ frac (d \\ mathbf (r) _i) (DT) \\ cdot \\ mathbf (f) _i ^ d \\]

Prva svota u desnom dijelu jednadžbe nije ništa drugo nego vrijeme izvedenih iz složene funkcije, a samim tim ako unesete oznake

\\ [E \u003d \\ sume_i \\ frac (MV_I ^ 2) (2) + U (\\ mathbf (R) _1, \\ mathbf (R) _2, \\ ldots \\ mathbf (r) _n) \\]

i nazovite ovu veličinu mehanička energija, zatim integrirajući jednadžbe po vremenu na t \u003d 0 do t, možete dobiti

\\ [E (t) - E (0) \u003d \\ int_l \\ mathbf (f) _i ^ d \\ cdot d \\ mathbf (r) _i \\]

tamo gdje se integracija vrši duž puštanja kretanja materijalnih točaka.

Dakle, promjena mehaničke energije sustava materijalnih točaka s vremenom jednaka je radu neoptičkih sila.

Zakon očuvanja energije u mehaničaru vrši se samo za sisteme u kojima su sve snage potencijalne.

Zakon o zaštiti energije za elektromagnetsko polje

U elektrodinamici je zakon očuvanja energije povijesno formuliran u obliku Theorema koji se pingiraju.

Promjena elektromagnetske energije zaključena u određenom iznosu, za određeni vremenski interval jednak je toku elektromagnetske energije kroz površinu koja ograničava ovaj volumen, a količinu termičke energije koja se pušta u ovaj iznos koji se preuzme u ovom iznosu.

$ \\ Frac (d) (dt) \\ int_ (v) \\ omega_ (em) dv \u003d - \\ oint _ (\\ partyal v) \\ vec (s) d \\ vec (\\ sigma) - \\ int_v \\ vec (j) \\ CDOT \\ vec (e) DV $

Elektromagnetsko polje ima energiju koja se distribuira u prostoru zauzetom poljem. Prilikom promjene karakteristika polja, raspodjela promjena energije. To teče iz jednog prostora u drugo, kreće se, moguće u drugim oblicima. Zakon o zaštiti energije Za elektromagnetsko polje je posljedica polje jednadžbi.

Unutar neke zatvorene površine S,ograničavajući prostor V.Zauzet poljem sadrži energiju W.- Energija elektromagnetskog polja:

W \u003dΣ(εε 0 E i 2/2 +μμ 0 H i 2/2)ΔV i.

Ako u ovom obimu postoje struje, električno polje proizvodi rad na pomičnim troškovima, po jedinici vremena

N \u003dΣ I.j̅ I × E̅ i. ΔV i.

Ovo je veličina energije polja koja ide u druge oblike. Iz Maxwell jednadžba slijedi to

ΔW + NΔt \u003d -Δt∮ S.S̅ × n̅. Da

gde ΔW. - Promjena energije elektromagnetskog polja u jačini koja se razmatra tokom Δt, Vektor S̅. = E̅. × H̅.pozvan pokazivački vektor.

to zakon o zaštiti energije u elektrodinamici.

Preko malog područja veličine ΔA. sa jednim normalnim vektorom n̅. po jedinici vremena u smjeru vektora n̅. Energetski tokovi S̅. × n̅.ΔA Gde S̅. - vrijednost vector pokazivač u okviru stranice. Zbroj ovih vrijednosti u svim elementima zatvorene površine (označen integralnim znakom), stojeći u desnom dijelu ravnopravnosti, energija je koja teče iz volumena ograničenog površinom, po jedinici vremena (ako je ta vrijednost je negativan, tada energija teče u jačinu zvuka). Vector pokazivač Određuje protok energije elektromagnetskog polja kroz jastučić, razlikuje se od nule svuda, gdje se vektorski proizvod vektora električnih i magnetnih polja razlikuje od nule.

Tri glavna pravca praktične primjene električne energije mogu se razlikovati: prijenos i transformacija informacija (radio, televizija, računari), impulsni prijenos i zamah (električni motori), transformacijski i prijenos snage (električni agregati i dalekovod). I impuls i energija prenose se na polje kroz prazan prostor, prisustvo medija samo vodi gubicima. Energija ne prenosi žicama! Žice s strujom potrebne su za formiranje električnih i magnetskih polja takve konfiguracije tako da je protok energije, definirani poštivnim vektorima u svim prostorima, bio usmjeren iz izvora energije do potrošača. Energija se može prenijeti bez žica, zatim se zatim prenose elektromagnetski talasi. (Unutarnja energija sunce smanjuje se, provodi elektromagnetski valovi, uglavnom svjetlost. Zahvaljujući dijelu ove energije, život se održava na zemlji.)

JavaScript je onemogućen u vašem pretraživaču.
Da biste napravili proračune, morate riješiti elemente ActiveX-a!

Ako su tijela koja sastavljaju zatvoreni mehanički sistem, međusobno komuniciraju samo kroz sile groba i elastičnosti, rad ovih snaga jednak je promjeni potencijalna energija telPreuzeto sa suprotnim znakom:

Uz teoremu kinetičke energije, ovaj je rad jednak promjeni u kinetičkoj energiji tijela (vidi 1,19):

Dakle:

Zbroj kinetičke i potencijalne energije tijela koja čine zatvoreni sistem i međusobno komuniciraju kroz snage i snage elastičnosti ostaju nepromijenjeni.

Ova izjava izražava zakon očuvanja energije u mehaničkim procesima . To je posljedica Newtonovih zakona. Iznos E. = E.k. + E.p. Nazvati kompletna mehanička energija . Zakon očuvanja mehaničke energije vrši se samo kada tijelo u zatvorenom sustavu djeluje međusobno konzervativne snage, odnosno od strane snaga za koje se može uvesti koncept potencijalne energije.

Primjer primjene zakona očuvanja energije - pronalaženje minimalne snage jednostavnog neagresivne niti koja drži tjelesnu masu m. Svojom rotacijom u vertikalnom ravninu (zadatak guiglina). Sl. 1.20.1 objašnjava rješenje ovog problema.

Zakon očuvanja energije za tijelo u gornjim i nižim tačkama putanje napisan je u obliku:

Skrećemo pažnju na činjenicu da je sila napetosti teme uvijek okomita na brzinu tijela; Stoga ne čini posao.

Uz minimalnu brzinu rotacije, napetost niti na gornjoj točki je nula i stoga je centripetalno ubrzanje tijela u gornjoj točki prijavljeno samo silom gravitacije:

Iz ovih omjera slijedite:

Centripetalno ubrzanje na donjem trenutku stvaraju sile i usmjerene na suprotne smjerove:

Slijedi da s minimalnom brzinom tijela na gornjoj točki, natezanje niti na dnu bit će u modulu jednako modulu

Snaga niti očigledno treba prelaziti ovu vrijednost.

Veoma je važno napomenuti da je zakon očuvanja mehaničke energije omogućio odnos između koordinata i tijela ubrzanja tijela na dvije različite tačke putanke bez analize zakona pokreta tijela u svim intermedijarnim bodovima. Primjena zakona očuvanja mehaničke energije u velikoj mjeri može pojednostaviti rješenje mnogih zadataka.

U stvarnim uvjetima, gotovo uvijek na pokretnim tijelima, zajedno sa silama, sile elastičnosti i drugih konzervativnih snaga su snage trenja ili snage otpora srednjeg.

Sila trenja nije konzervativna. Rad trenja sila ovisi o dužini puta.

Ako postoji sila trenja između tijela koja čine zatvoreni sistem, mehanička energija se ne sačuva. Dio mehaničke energije pretvara se u unutrašnju energiju tijela (grijanje).

Sa bilo kojom fizičkom interakcijom, energija se ne događa i ne nestaje. Ispada samo jedan oblik u drugi.

Ovo eksperimentalno utvrđeno činjenica izražava temeljni zakon prirode - zakon očuvanja i pretvaranje energije .

Jedna od posljedica zakona očuvanja i transformacije energije je odobrenje nemogućnosti stvaranja "neprestanog motora" (Perpetuum Mobile) - stroj koji bi se mogao izvesti u nedogled, bez konzumiranja energije (Sl. 1.20.2) ).

Istorija čuva znatan broj projekata vječnih motora. U nekim od njih su greške izumitelja očigledne, u drugim su se tim greškama prerušene u složeni dizajn uređaja, a vrlo je teško shvatiti zašto ovaj stroj neće raditi. Besle pokušava stvoriti "vječni motor" nastaviti i u naše vrijeme. Svi ovi pokušaji su osuđeni na neuspjeh, jer zakon očuvanja i pretvaranja energije "zabranjuje" dobivanje rada bez troškova energije.

Ako se tijelo neke mase m premjestilo pod djelovanjem priključnih sila, a njegova brzina se promijenila iz snage napravila je određeni posao a.

Rad svih primijenjenih snaga jednak je radu rezultirajuće sile

Između promjene tjelesne brzine i radova izvedenog na tijelu koji se primjenjuje na tijelo, postoji veza. Ova veza je najlakše uspostaviti ovu vezu, s obzirom na kretanje tijela duž ravne linije pod djelovanjem stalne čvrstoće u ovom slučaju, brzina brzine kretanja brzine i ubrzanja usmjerena je na jedan ravan, a tijelo obavlja ravni ekvivalentni pokret. Slanjem koordinatne osi duž izravnog pokreta moguće je razmotriti F, S, υ i kao algebarske vrijednosti (pozitivne ili negativne ovisno o smjeru odgovarajućeg vektora). Tada se rad sile može napisati kao \u003d fs. Sa izjednačenim kretanjem, pokret s izražava formula

Ovaj izraz pokazuje da je posao koji obavljala sila (ili rezultirajuće sve sile) povezana s promjenom kvadrata brzine (a ne brzine).

Fizička količina jednaka polovini tjelesne mase na kvadratu njene brzine naziva se kinetička energija Tijelo:

Ova se izjava naziva Teorema o kinetičkoj energiji. Teorema o kinetičkoj energiji važi i u općem slučaju kada se tijelo kreće pod djelovanjem promjene sile, čiji se smjer ne podudara s smjerom kretanja.

Kinetička energija je energija kretanja. Kinetička energija tijela m masa koja se kreće brzinom jednaka je djelu da se sila primijenjena na tijelo za odmor treba da napravi ovu brzinu:

U fizici, zajedno sa kinetičkom energijom ili energijom pokreta, koncept igra važnu ulogu. potencijalna energija ili interakcija energije Tel.

Potencijalna energija određuje se međusobnim položajem tijela (na primjer, položaj tijela u odnosu na površinu zemlje). Koncept potencijalne energije može se uvesti samo za sile, Čiji rad ne ovisi o putanju pokreta i određuje se samo početnim i konačnim odredbama tijela.. Takve sile se zovu konzervativan.

Rad konzervativnih snaga na zatvorenoj putanju je nula. Ova izjava objašnjava crtež ispod

Tijelo konzervativizma je moć težine i sila elastičnosti. Za ovu snagu možete unijeti koncept potencijalne energije.

Ako se tijelo kreće blizu površine zemlje, snagu trajna i smjer vrijedi za njega, sila ove sile ovisi samo o vertikalnom pokretu tijela. Na bilo kojem području puta, radnoj gravitaciji može se zabilježiti u projekcijama vektora za kretanje na osovini u O-u, usmjerenom vertikalno prema gore:

Ovaj rad jednak je promjeni neke fizičke veličine MGH, snimljeno suprotnim znakom. Ova fizička vrijednost se zove Potencijalna energija Tijela u oblasti gravitacije

E p \u003d mgh.

Jednako je radu da se snaga gravitacije izvodi prilikom spuštanja tijela na nultu razinu.

Ako razmotrimo kretanje tijela na polju zemljišta po znatnim udaljenostima od nje, tada je prilikom određivanja potencijalne energije potrebno uzeti u obzir ovisnost sile iz udaljenosti do centra zemlje (Zakon Svjetska suđenja). Za snagu svijeta potencijalna energija je povoljno broje od beskonačno udaljene tačke, odnosno za pretpostaviti potencijalnu energiju tijela u beskonačno udaljenoj tački jednakoj nuli. Formula izražava potencijalnu energetsku masu tijela na udaljenosti od R od centra zemlje, ima oblik:

gde M - težina zemlje, G - gravitaciona konstanta.

Koncept potencijalne energije može se uvesti za silu elastičnosti. Ova sila takođe ima svojstvo konzervativizma. Istezanje (ili stiskanje) opruga, to možemo učiniti na različite načine.

Jednostavno možete produžiti proljeće x, ili prvo produžiti 2x, a zatim smanjiti izduženje na vrijednost x itd. U svim tim slučajevima, sila elastičnosti obavlja isti posao koji ovisi samo o produženju Proljeće x u konačnom stanju ako je originalno proljeće bilo isključeno. Ovaj rad jednak je radu vanjske sile a uzeta sa suprotnim znakom:

Potencijalna energija elastično deformiranog tijela To je jednako radu sile elastičnosti tokom tranzicije iz ove države u državu sa nultom deformacijom.

Ako je proljeće već deformirano u početnoj državi, a njeno izduženje bilo je x 1, kada se prebaci na novo stanje uz izduženje X 2, snagu elastičnosti će raditi, jednaka promjenjivoj potencijalnoj energiji koja se poduzmu sa suprotnim znakom :

Potencijalna energija s elastičnom deformacijom je energija interakcije pojedinih dijelova tijela među sobom pomoću elastičnih sila.

Vlasništvo konzervativizma zajedno sa silom gravitacije i sila elastičnosti ima neke druge vrste sila, na primjer, snagu elektrostatičke interakcije između napunjenih tijela. Sila trenja nema ovu nekretninu. Rad trenja sila ovisi o putovanju puta. Koncept potencijalne energije za silu trenja nemoguće je unijeti.

E K1 + E P1 \u003d E K2 + E P2.

Zbroj kinetičke i potencijalne energije tijela koja čine zatvoreni sistem i međusobno komuniciraju kroz snage i snage elastičnosti ostaju nepromijenjeni.

Ova izjava izražava Zakon očuvanja energije u mehaničkim procesima. To je posljedica Newtonovih zakona. Iznos e \u003d e k + e p se naziva Kompletna mehanička energija. Zakon očuvanja mehaničke energije vrši se samo kada tijelo u zatvorenom sustavu djeluje međusobno konzervativne snage, odnosno od strane snaga za koje se može uvesti koncept potencijalne energije.

Primjer primjene zakona očuvanja energije je pronaći minimalnu čvrstoću lagane neagresivne niti koja drži tijelo vaganje m tijekom rotacije u vertikalnom ravninu (zadatak H. Guigen). Sl. 1.20.1 objašnjava rješenje ovog problema.

Zakon očuvanja energije za tijelo u gornjim i nižim tačkama putanje napisan je u obliku:

Iz ovih omjera slijedite:

Snaga niti očigledno treba prelaziti ovu vrijednost.

U stvarnim uvjetima, gotovo uvijek na pokretnim tijelima, zajedno sa silama, sile elastičnosti i drugih konzervativnih snaga su snage trenja ili snage otpora srednjeg.

Sila trenja nije konzervativna. Rad trenja sila ovisi o dužini puta.

Ako postoji sila trenja između tijela koja čine zatvoreni sistem, mehanička energija se ne sačuva. Dio mehaničke energije pretvara se u unutrašnju energiju tijela (grijanje).

Sa bilo kojom fizičkom interakcijom, energija se ne događa i ne nestaje. Ispada samo jedan oblik u drugi.

Ovo eksperimentalno utvrđeno činjenica izražava temeljni zakon prirode - Zakon očuvanja i pretvaranje energije.

Jedna od posljedica zakona očuvanja i transformacije energije je izjava o nemogućnosti stvaranja "neprestanog motora" (Perpetuum Mobile) - automobil koji bi mogao biti učinjen u nedogled, a ne trošenje energije

Zakon očuvanja energije za bilo koji zatvoreni sistem, kompletna mehanička energija ostaje konstantna za bilo kakve interakcije tijela unutar sistema. To jest, energija ne nastaje niotkuda i ne nestaje. Prolazi samo iz jednog oblika u drugi. To vrijedi za zatvorene sisteme u kojima energija ne dolazi izvana, a ne ostavlja sistem vani.

Približni primer zatvorenog sistema može poslužiti kao pad tereta u odnosu na veliku masu, a male veličine na zemlji od male visine. Pretpostavimo da je opterećenje fiksirano na nekoj visini. Istovremeno ima potencijalnu energiju. Ova energija ovisi o svojoj masi i visini na kojem se tijelo nalazi.

Formula 1 - potencijalna energija.

Kinetička energija tereta istovremeno je nula, jer je tijelo u mirovanju. To jest, brzina tijela je nula. Istovremeno, nijedna treća snaga ne djeluju na sistem. U ovom slučaju, samo za nas je samo sila gravitacije koja djeluju na teret.

Formula 2 - Kinetička energija.

Zatim se tijelo pušta, a ulazi u slobodan pad. Istovremeno se njegova potencijalna energija opada. Budući da se visina tijela smanjuje iznad zemlje. Takođe povećava kinetičku energiju. Zbog činjenice da se tijelo počelo premještati i steći neku brzinu. Teret se kreće na zemlju ubrzanjem slobodnog pada, što znači prolaskom određene udaljenosti, njegova kinetička energija se povećava zbog povećanja brzine.

Slika 1 - Besplatno padajuće tijelo.

Budući da je opterećenje malim veličinama, otpor vazduha prilično je mali i energija za prevladavanje male i može se zanemariti. Brzina tijela nije visoka i na malom udaljenosti ne doseže trenutak kada je to omogućeno trenjem u zraku i ubrzanju se zaustavlja.

U vrijeme sudara sa Zemljem kinetička energija je maksimalna. Budući da tijelo ima maksimalnu brzinu za to. A potencijalna energija je nula, jer je tijelo dostiglo površinu zemlje, a visina je nula. To jest, što se događa, maksimalna potencijalna energija u gornjem mjestu, jer se kreće u kinetičku, što zauzvrat doseže maksimum u donjem mjestu. Ali zbroj svih energija u sistemu tokom pokreta ostaje konstantna. Što se tiče potencijalne energije smanjila, kinetički se povećao.

Formula 3 - ukupna energija sistema.

Ako teret napada padobran. Stoga ćemo povećati silu trenja u zraku, a sistem prestaje biti zatvoren. Kao i prije, teret se kreće na zemlju, ali njegova brzina ostaje konstantna. Budući da je gravitacija uravnotežena silom trenja na površini zraka padobrana. Dakle, potencijalna energija se smanjuje sa smanjenjem visine. I kinetic, tokom pada, ostaje konstantna. Budući da je masa tijela i njezina brzina nepromijenjena.

Slika 2 - Sporo padajuće tijelo.

Višak potencijalne energije koja proizlazi iz smanjenja visine tjelesnog tijela troši se na prevazilaženje snaga za zrak. Na taj način smanjujući konačnu stopu smanjenja. Odnosno, potencijalna energija prelazi u toplotnu, grijaću površinu padobrana i ambijentalnog zraka.

Zakon očuvanja energije tvrdi da energija tijela nikad ne nestane i ne pojavljuje se ponovo, može se pretvoriti samo s jedne vrste u drugu. Ovaj zakon je univerzalan. U različitim dijelovima fizike ima svoje formulacije. Klasična mehanika razmatra zakon očuvanja mehaničke energije.

Kompletna mehanička energija zatvorenog sistema fizičkih tijela, između kojih primjenjuju konzervativne snage je vrijednost konstantne. Dakle, formulisan je zakon očuvanja energije u Newtonovoj mehanici.

Zatvoreno ili izolirano, uobičajeno je razmotriti fizički sustav na koji se vanjske sile ne primjenjuju. Ne razmjenjuje energiju sa okolnim prostorom, a vlastiti energija, koja ima, ostaje nepromijenjena, odnosno je sačuvana. U takvom sustavu postoje samo unutrašnje snage, a tijela međusobno djeluju. Može pretvoriti potencijalnu energiju u kinetičku i obrnutu.

Najjednostavniji primjer zatvorenog sistema je snajperska puška i metak.

Vrste mehaničkih sila

Snaga koje djeluju unutar mehaničkog sustava vrše se da se podijele na konzervativni i ne-mehanički.

Konzervativan Sile čiji rad ne ovise o putanju pokreta tijela na koju se primjenjuju, ali određuju se samo početnim i krajnjim položajem ovog tijela. Nazivaju se i konzervativne snage potencijal. Rad takvih snaga na zatvorenoj konturi je nula. Primjeri konzervativnih snaga - gravitacija, snaga elastičnosti.

Pozvane su sve ostale snage nesvjestan. Oni uključuju sila trenja i sila otpora. Oni se takođe zovu disipativan Snage. Te sile, sa bilo kojim pokretima u zatvorenom mehaničkom sistemu, rade negativni rad i sa svojim djelovanjem, kompletna mehanička energija sistema smanjuje (rasipa). Ide u druge, ne mehaničke vrste energije, na primjer, u toplini. Stoga se zakon očuvanja energije u zatvorenom mehaničkom sistemu može izvesti samo ako u njemu nema nekonzervativnih snaga.

Ukupna energija mehaničkog sistema sastoji se od kinetičke i potencijalne energije i njihova je svota. Ove se vrste energija mogu pretvoriti u jedan u drugo.

Potencijalna energija

Potencijalna energija Nazovite energiju interakcije fizičkih tijela ili njihovih dijelova između sebe. Određuje se njihovom uzajamnom lokacijom, odnosno udaljenosti između njih, a jednaka je radu koji treba učiniti za pomicanje tijela iz mjesta na drugo mjesto na polju djelovanja konzervativnih snaga.

Potencijalna energija ima bilo kakvo fiksirano fizičko tijelo podignuto na nekoj visini, jer se snaga gravitacije djeluje na njemu, što je konzervativno. Takva energija ima vodu na rubu vodopada, sanke na vrhu planine.

Odakle dolazi ta energija? Dok je fizičko tijelo podiglo na visinu, oni su radili i potrošili energiju. Evo ove energije i zaglavila se u podignutom tijelu. A sada je ta energija spremna za posao.

Veličina potencijalne energije tijela određena je visinom na kojoj je tijelo u odnosu na neki početni nivo. Za referentnu točku možemo prihvatiti bilo kakvu poenta koju smo odabrali.

Ako razmotrimo položaj tijela u odnosu na zemlju, tada je potencijalna energija tijela na površini zemlje nula. I na visini h. Izračunava se formulom:

E p \u003d m ɡ h. ,

gde m. - tjelesna masa

ɡ - ubrzanje gravitacije

h. - Visina centra masovnog tijela u odnosu na zemlju

ɡ \u003d 9,8 m / s 2

Kada padaju telo visine h 1. do visine h 2. Snaga gravitacije čini posao. Ovaj rad jednak je promjeni potencijalne energije i ima negativnu vrijednost, jer se veličina potencijalne energije kada se tijelo padne.

A \u003d - ( E P2 - E p1) \u003d - Δ E P. ,

gde E P1. - potencijalna energija tijela na visini h 1. ,

E P2 - potencijalna energija tijela na visini h 2. .

Ako se tijelo podigne na nekoj visini, oni čine posao protiv gravitacije. U ovom slučaju ima pozitivnu vrijednost. I veličina potencijalne energije tijela se povećava.

Potencijalna energija ima elastično deformirano tijelo (komprimirano ili ispruženo opruga). Njegova vrijednost ovisi o krutosti opruge i na kojoj se dužini stisnu ili ispruže, a određuje se formulom:

E p \u003d k · (Δx) 2/2 ,

gde k. - koeficijent krutosti

Δx. - Izduženje ili kompresija tijela.

Potencijalna energija proljeća može raditi.

Kinetička energija

Prevedeno iz grčke "Kinema" znači "pokret". Energija koju fizičko tijelo prima zbog svog pokreta naziva se kinetic. Njegova vrijednost ovisi o brzini kretanja.

Kotrljajući se na terenu fudbalska lopta, koja je porasla iz planinskih i stalnih sangi, puštena iz Luke Arrow - svi imaju kinetičku energiju.

Ako je tijelo u mirovanju, njegova kinetička energija je nula. Jednom kada snaga ili nekoliko snaga djeluju na tijelu, počet će se kretati. A budući da se tijelo kreće, moć djeluje na njemu čini posao. Radna snaga pod utjecajem tijela iz stanja odmora preći će u pokret i promijeni svoju brzinu od nule na ν , zvani kinetička energija tjelesna masa m. .

Ako je u početnom trenutku tijelo već bilo u pokretu, a njegova brzina bila je značenje ν 1. i na kraju je bila jednaka ν 2. Rad koji obavlja sile ili sile koje djeluju na tijelo bit će jednak povećanju kinetičke energije tijela.

∆ E k \u003d. E k 2 - E k 1

Ako se smjer sile poklapa sa smjerom kretanja, tada se vrši pozitivni rad, a kinetička energija tijela se povećava. A ako je sila usmjerena prema suprotnom smjeru kretanja, tada se izvodi negativni rad, a tijelo daje kinetičku energiju.

Mehanički zakon o očuvanju energije

E. K. 1 + E p1= E. K. 2 + E P2.

Svako fizičko tijelo koje se nalazi na nekoj visini ima potencijalnu energiju. Ali kad padnete, počinje izgubiti ovu energiju. Gdje ide? Ispada da ne nestaje nigdje, već se pretvara u kinetičku energiju istog tijela.

Pretpostaviti , na neku visinu opterećenje je učvršćeno. Njegova potencijalna energija u ovom trenutku jednaka je maksimalnoj vrijednosti.Ako pustimo, počet će padati u određenu brzinu. Shodno tome, počet će steći kinetičku energiju. Ali u isto vrijeme, njegova potencijalna energija počet će se smanjuje. Na mjestu pada kinetička energija tijela dostići će maksimum, a potencijal će se smanjiti na nulu.

Snižena je potencijalna energija lopte napuštena s visine, a kinetička energija se povećava. Sledge, koji se odmaraju na vrhu planine, imaju potencijalnu energiju. Njihova kinetička energija u ovom trenutku je nula. Ali kad se počnu da se valjaju, kinetička energija će se povećati i potencijal za smanjenje iste vrijednosti. A zbroj njihovih vrijednosti ostat će nepromijenjeni. Potencijalna energija jabuke visi na drvetu, kada se padne, pretvara se u svoju kinetičku energiju.

Ovi primjeri jasno potvrđuju zakon očuvanja energije, koji to kaže ukupna energija mehaničkog sistema je veličina konstante . Vrijednost ukupne energije sustava ne mijenja se, a potencijalna energija ulazi u kinetičku i obrnutu.

Kakvu se veličinu potencijalna energija smanji, Kinetit će se povećavati na isto. Njihov iznos se neće promijeniti.

Ravnopravnost je fer za zatvoreni sistem fizičkih tijela
E K1 + E P1 \u003d E K2 + E P2,
Gde E K1, E P1 - kinetička i potencijalna energija sistema bilo kojoj interakciji, E K2, E P2 - Odgovarajuće energije nakon toga.

Proces pretvorbe kinetičke energije u potencijal i naprotiv, može se vidjeti gledanjem ljuljajućih klatna.

Kliknite na sliku

Biti u izuzetno ispravnom položaju, čini se da je klatna oslobođena. U ovom trenutku, njena visina iznad referentne točke je maksimalna. Shodno tome, maksimalna i potencijalna energija. A kinetić je nula, jer se ne pomiče. Ali sledeći trenutak se klatno počinje da se kreće dole. Povećava svoju brzinu, a to znači, raste kinetička energija. Ali visina se smanjuje, a potencijalna energija se smanjuje. U donjem trenutku postat će jednak nuli, a kinetička energija će dostići maksimalnu vrijednost. Pendulum će letjeti u ovom trenutku i počne da se diže sa leve strane. To će povećati svoju potencijalnu energiju, a kinetić će se smanjiti. Itd.

Da se pokaže transformacije Energetske Isaac, Newton je smislio mehanički sistem koji se zove cradle Newton ili Newtonove kuglice .

Kliknite na sliku

Ako odbijete na stranu, onda prepustite prvu loptu, tada se njegova energija i impuls prenose u posljednju kroz tri srednje kuglice koje će ostati popraviti. A posljednja lopta će odstupiti istim brzinom i izvesti na istu visinu kao i prvu. Tada će posljednja lopta prenijeti svoju energiju i puls preko intermedijarnih kuglica prva i tako dalje.

Kugla rezervirana sa strane ima maksimalnu potencijalnu energiju. Njegova kinetička energija u ovom trenutku je nula. Pokretanje pokreta, gubi potencijalnu energiju i stječe kinetik, što u vrijeme sudara s drugom loptom dostiže maksimum, a potencijal postaje jednak nuli. Zatim, kinetička energija se prenosi u drugom, a zatim treću, četvrtu i petu kuglice. Potonji, koji je dobio kinetičku energiju, počinje se kretati i dizati na istu visinu, na kojem je na početku pokreta postojala prva lopta. Njegova kinetička energija u ovom trenutku je nula, a potencijal je jednak maksimalnoj vrijednosti. Nadalje, počinje padati i samo također prenosi energiju sa loptima u obrnutom redoslijedu.

Dakle, nastavlja se dosta dugo i moglo bi se nastaviti neograničeno ako nema nekonzervativnih snaga. Ali u stvarnosti, disipativne snage djeluju u sustavu, pod djelovanjem koje kuglice gube energiju. Postepeno smanjuje njihovu brzinu i amplitudu. I na kraju se zaustavljaju. Ovo potvrđuje da se zakon očuvanja energije izvodi samo u nedostatku nesumnitih snaga.