Лекция №2. Энергия, работа. Закон всемирного тяготения.
I.Введение.
На предыдущей лекции было показано, что количество движения принимается в качестве меры механического движения. Применение такой меры допустимо, если передача механического движения от одного тела к другому, происходит без превращения в другие формы движения материи.
Механическое движение может переходить в другие виды движения материи (в тепловое, в электромагнитное действие и др.). Переходы осуществляются в строго определённых количественных соотношениях. Общей мерой для всех видов движения материи является энергия.
Энергия |
Мера количества любых видов движения материи (тела). |
Единство материи и движения нашло наиболее общее выражение в формуле Эйнштейна:
ΔE= ΔmC2,
где С – скорость света в вакууме.
Которая говорит о том, что увеличение или уменьшение энергии (т.е. количества определённой формы движения), всегда происходит с увеличением или уменьшением массы, (т.е. количества формы материи).
Мерой передачи движения, т.е. энергии от одного тела к другому или перехода из одного вида в другой служит работа.
Работа |
Мера передачи действия (механического) от одного тела к другому в процессе взаимодействия. |
Поскольку энергия – мера движения, то её можно количественно выразить через параметры состояния системы, т.е. энергия – функция состояния.
Работа |
Мера изменения энергии. |
Если на частицу в каждой точке пространства действует определённая сила, то эту совокупность сил называют силовым полем. Если силы поля постоянны по величине, неизменны по направлению и не зависят от времени, то образуемые ими поля называютсяоднородные и постоянные силовые поля.
Если материальная точка под действием постоянной силы совершила перемещение, то работа силы:
|
(1) т.к. – проекция силыFна направление перемещения, то: A = Fτ·r, или |
Работа |
Равна скалярному произведению вектора силы на вектор перемещения. |
Работа – величина скалярная.
Исследуем уравнение (1):
1. А > 0 – Р работа совершается за счёт энергии тела, со стороны которого сила действует.
2. А = 0 – передачи энергии нет, сила перпендикулярна перемещению, работы не совершает.
3. π < α< π; А = 0 – работа совершается за счёт энергии движения тела против сил трения.
Следствие – в однородном постоянном силовом поле:
а) работа по замкнутому пути равна нулю.
б) работа при переносе материальной частицы из одного положения в другое не зависит от формы пути, а определяется положением начальной и конечной точек переноса.
Определим работу в общем виде. Пусть материальная точка движется в некотором силовом поле . Движение происходит по криволинейному пути под действием переменной силы из точки В1в точку В2.
Выделим элементарный участок пути dr, на котором силу можно считать постоянной и направление перемещения прямолинейным. Элементарная работа равна: dA = F∙dr·cosα полная работа на пути В1В2равна: (2) |
Если существует аналитическая связь между Fиrвычисление А легко.
Часто требуется знать не только работу, совершённую силой, но и время, в течение которого она произведена. Для этих целей вводят физическую величину мощность.
Мощность |
Величина, характеризующая скорость выполнения работы. |
(3)
Единицы измерения:
Физическая величина |
СИ |
Работа (А) |
Дж |
Мощность (N) |
Вт |