
- •Гравітаційні сили. Закон всесвітнього тяжіння.
- •Гравітаційна та інертна маса.
- •Поле сил тяжіння. Напруженість і потенціал гравітаційного поля.
- •6. Механічна робота і потужність
- •7. Енергія. Закон збереження енергії. Види енергії
- •1. Історія
- •2. Фізичний сенс
- •3. Фізичний сенс роботи
- •4. Релятивізм
- •5. Співвідношення кінетичної і внутрішньої енергії
- •9.1.Закон збереження механічної енергії
- •9.2Закон збереження енергії в механічних процесах.
- •10. Кінематика обертового руху
- •16. Гідромеханіка:
- •17. Гідродинаміка:
- •21. Неінерціальні системи відліку. Сили інерції.
1. Історія
Вперше поняття кінетичної енергії було введено в працях Г. Лейбніца, присвячених поняттю " живої сили "
2. Фізичний сенс
Розглянемо систему, що складається з однієї частки, і запишемо другий закон Ньютона :
-
Є результуюча всіх сил,
що діють на тіло. Скалярно
помножимо рівняння
на переміщення частинки
.
Враховуючи, що
,
Отримаємо:
Якщо
система замкнута, тобто
,
То
,
А величина
залишається постійною. Ця величина називається кінетичною енергією частинки. Якщо система ізольована, то кінетична енергія є інтегралом руху.
Для абсолютно твердого тіла повну кінетичну енергію можна записати у вигляді суми кінетичної енергії поступального та обертального руху:
де:
-
Маса тіла
-
Швидкість центру
мас тіла
- момент
інерції тіла
- кутова
швидкість тіла.
3. Фізичний сенс роботи
Робота всіх сил, що діють на частинку, йде на приріст кінетичної енергії частинки:
4. Релятивізм
При швидкостях, близьких до швидкості світла, кінетична енергія якого об'єкта дорівнює
де:
- маса об'єкта;
- швидкість руху об'єкту в інерціальній системі відліку;
- швидкість
світла у
вакуумі (
- енергія
спокою).
Цю формулу можна переписати в наступному вигляді:
При
малих швидкостях (
)
Останнє співвідношення переходить у
звичайну формулу
.
5. Співвідношення кінетичної і внутрішньої енергії
Кінетична енергія залежить від того, з яких позицій розглядається система. Якщо розглядати макроскопічний об'єкт (наприклад, тверде тіло видимих розмірів), то тіло нерухомо як єдине ціле, і можна говорити про таку форму енергії, як внутрішня енергія. Кінетична енергія в цьому випадку з'являється лише тоді, коли тіло рухається як ціле.
Те ж тіло, що розглядається з мікроскопічної точки зору, складається з атомів і молекул, і внутрішня енергія обумовлена рухом атомів і молекул і розглядається як наслідок теплового руху цих частинок, а абсолютна температура тіла прямо пропорційна середньої кінетичної енергії такого руху атомів і молекул. Коефіцієнт пропорційності - Постійна Больцмана.
8.Величину Еп =
називають
потенціальною енергією пружно
деформованого тіла.
Робота сили пружності дорівнює зміні потенціальної енергії пружно деформованого тіла, взятій з протилежним знаком.
А = - (Еп2 – Еп1).
9.1.Закон збереження механічної енергії
Явища природи звичайно супроводжуються перетворенням одного виду енергії в інший. Кожне тіло може мати одночасно і кінетичну, і потенціальну енергію.
Повна механічна енергія — сума потенційної та кінетичної енергій.
Закон збереження механічної енергії:
Якщо в замкнутій системі діють тільки сили тяжіння й пружності, то повна механічна енергія системи залишається сталою.
Енергія може також передаватися від одного тіла до іншого. Наприклад, при стрільбі з луку потенціальна енергія луку перетворюється на кінетичну енергію стріли, що летить.
Закон збереження і перетворення механічної енергії є дуже важливим і загальним законом природи.
У випадку, коли в системі діє ще й сила тертя, повна механічна енергія не залишається постійною, частина її перетворюється на внутрішню енергію, бо під час тертя тіла завжди нагріваються. Тому існує фундаментальний закон природи: енергія ніколи не виникає з нічого й не зникає в нікуди, вона лише переходить з одного виду в іншій.
У всіх пристроях, у яких виконується механічна робота, завжди намагаються зменшити сили тертя, які приводять до втрат механічної енергії.