7. Энергия как универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Работа постоянной и переменной силы. Мощность.

Энергия — универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. С раз­личными формами движения материи связывают различные формы энергии: механи­ческую, тепловую, электромагнитную, ядерную и др. В одних явлениях форма движе­ния материи не изменяется (например, горячее тело нагревает холодное), в дру­гих — переходит в иную форму (например, в результате трения механическое движение превращается в тепловое). Однако существенно, что во всех случаях энергия, отданная (в той иди иной форме) одним телом другому телу, равна энергии, полученной последним телом.

Работа силы – мера действия силы, зависящая от ее модуля и направления, а также от перемещения точки приложения силы.

A = |F|•|S|•cos(α )

Работа постоянной силы равняется скалярному произведению силы на перемещение. Единица измерения работы - Джоуль. 1 Дж = 1 Н•м.

Работа переменной силы

Работой силы F называется скалярная физическая величина, равная скалярному произведению вектора силы на вектора перемещения. А=0, если F=0, S=0, £=90º. Если сила непостоянная (изменяется), то для нахождения работы следует разбивать траекторию на отдельные участки. Разбиение можно производить до тех пор, пока движение не станет прямолинейным, а сила постоянной │dr│=ds. Работа, совершенная силой на данном участке определяется по представленной формуле dA=F•dS•cos£= │F│•│dr│•cos£=(F;dr)=Ft•dS A=F•S•cos£=Ft•S . Таким образом работа переменной силы на участке траектории равна сумме элементарных работ на отдельных малых участках пути A=SdA=SFt•dS= =S(F•dr). Мощность – физическая величина, измеряемая отношением работы к промежутку времени, в течение которого она произведена.

За время dt сила F совершает работу F_dr, и мощность, развиваемая этой силой, в данный момент времени

т. е. равна скалярному произведению вектора силы на вектор скорости, с которой движется точка приложения этой силы; N — величина скалярная. N=(F Δr cosα)/Δt=F v cosα

Единица мощности — ватт (Вт): 1 Вт — мощность, при которой за время 1 с совершается работа 1 Дж (1 Вт = 1 Дж/с).

8.Кинетическая энергия и ее связь с работой внешних сил. Потенциальная энергия м.Т. Во внешнем силовом поле консервативных сил. Закон сохранения полной механической энергии.

Отсюда следует, что

Это выражение показывает, что работа, совершенная силой (или равнодействующей всех сил), связана с изменением квадрата скорости (а не самой скорости).

Кинетическая энергия – энергия, которой обладает тело вследствие движения.

Работа приложенной к телу равнодействующей силы равна изменению его кинетической энергии.

Это утверждение называют теоремой о кинетической энергии. Теорема о кинетической энергии справедлива и в общем случае, когда тело движется под действием изменяющейся силы, направление которой не совпадает с направлением перемещения.

Кинетическая энергия – это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость:

Потенциальная энергия - энергия, определяемая взаимным расположением тел или отдельных частей тела относительно друг друга.

Когда меняется конфигурация системы тел или частиц одного тела относительно друг друга, должна совершаться работа.

Пространство, в каждой точке которого на тело действует определенная сила, называется физическим или силовым полем.

Поэтому когда тело перемещается вблизи Земли, то говорят, что тело двигается в силовом поле тяготения Земли или в потенциальном поле Земли. Потенциальная энергия тяготения равна ( W_{пот.тяг}. = mgh (h - расстояние между телом и Землей).

В растянутой (или сжатой) пружине на каждую ее точку действует сила упругости, в этом случае можно говорить о потенциальном поле упругости. Потенциальная энергия упругости равна

W_п.у. = kΔl²

При делении сил, действующих на тело, на внешние и внутренние рассмотренные в примерах сила тяготения (в системе "тело - Земля") и сила упругости растянутой (сжатой) пружины можно отнести к внутренним силам. Поэтому верно утверждение, что каждой конфигурации произвольной системы частиц присуща своя собственная потенциальная энергия, и работа всех внутренних потенциальных сил, приводящая к изменению этой конфигурации, равна взятому со знаком минус потенциальной энергии системы.

Закон сохранения полной механической энергии. Полная механическая энергия системы – сумма ее кинетической и потенциальной энергий: E=E_k+E_p

E_k+E_p=E_k1+E_p1

Означает, что при изменении кинетической энергии в консервативной системе должна меняться и ее потенциальная энергия. Возможно превращать одну энергию в другую.