47. Энергия.

а) Если система тел способна совершить работу, то говорят, что она обладает энергией.

Энергия – греч. «деятельность».

Чем большую работу может совершить система тел, тем большей энергией она обладает.

Энергия – это физическая величина, которая при правильном выборе нулевого состояния показывает, какую максимальную работу может совершить система тел.

Поэтому энергия, как и работа, измеряется в джоулях.

Обозначение: Е

Если совершается работа, то энергия системы изменяется. Если работу совершает сама система тел, то ее энергия уменьшается. Если же работу совершают над системой, то ее энергия может увеличиваться.

,

где А – совершенная работа;

∆Е – изменение энергии системы тел.

Различают два вида механической энергии:

• кинетическая энергия;

• потенциальная энергия.

Кинетическая энергия – энергия, которой обладает тело вследствие его относительного движения.

Пусть тело, движущееся со скоростью υ₀, прошло до остановки (υ=0) путь s под действием силы трения F.

Так как и , то работа силы F равна: .

Работа, совершенная над телом, привела к уменьшению его кинетической энергии Е до нуля, т. е. A=E – Е₀ = 0 – Е₀ = – Е₀; Е₀ =  .

Таким образом, если тело массой m движется со скоростью , то оно может совершить работу и, следовательно, обладает кинетической энергией, которую можно определить по формуле:

, где m –масса тела;

- скорость движения тела.

Потенциальная энергия – энергия взаимодействующих тел или частей одного и того же тела, зависящая от их взаимного положения.

Численное значение потенциальной энергии зависит от выбора нулевого уровня.

Потенциальная энергия системы «тело - Земля».

Найдем потенциальную энергию системы «тело - Земля».

Пусть масса тела m и оно находится на высоте h над поверхностью Земли.

Величина потенциальной энергии будет равна работе, совершаемой системой при переходе тела с данного уровня на нулевой (под действием силы тяжести).

З адание: 1) Найдите потенциальную энергию системы «тело - Земля», если тело массой m поднято над поверхностью Земли на высоту h, а нулевой уровень соответствует положению тела на высоте h₁ над поверхностью Земли.

2) Найдите потенциальную энергию системы «тело - Земля», если тело массой m находится на поверхности Земли, относительно того же нулевого уровня.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела.

Найдем потенциальную энергию упруго деформированной пружины жесткостью k.

П усть нулевой уровень потенциальной энергии соответствует недеформированной пружине, т. к. в этом случае пружина не может совершить работу.

Пусть x – величина деформации пружины.

Так как сила упругости зависит от величины деформации ( ), то работа силы упругости равна: , где

- средняя сила упругости.

Пусть тело под действием силы упругости возвращается в состояние, соответствующее недеформированной пружине.

Если величина изменяется по линейному закону, то ее среднее значение можно определить как среднее арифметическое начального и конечного значений.

Следовательно, .

 .

Таким образом, если пружина жесткостью k упруго деформирована на величину x, то она может совершить максимальную работу, равную потенциальной энергии, вычисляемой по формуле:

, где k – жесткость пружины;

x – величина деформации.

Тела могут обладать одновременно и кинетической, и потенциальной энергией.

Полная механическая энергия – сумма потенциальной и кинетической энергий тела.

б) Энергия обладает свойством сохранения.

Закон сохранения энергии для механических явлений: Полная механическая энергия замкнутой системы тел остается постоянной величиной.

E = E₁ +E₂ = const, где

Е₁ – кинетическая энергия системы тел;

Е₂ – потенциальная энергия системы тел.

Замечание: Система тел, на которую не действуют внешние силы, называется замкнутой.

в) Если в системе тел происходят тепловые процессы, то механическая энергия этой системы тел может не сохраняться. Она превращается во внутреннюю (тепловую) энергию.

Внутренней энергией называется сумма кинетических энергий всех частиц, из которых состоит тело, и потенциальных энергий их взаимодействия между собой.

Обозначение: U

Единица измерения в СИ: 1 Дж

Внутренняя энергия тела зависит от:

• температуры тела;

• массы тела;

• свойств частиц вещества;

• расстояния между частицами вещества.

Таким образом, любое тело обладает внутренней энергией.

Полная энергия тела – сумма механической и внутренней энергий тела.

Закон сохранения энергии утверждает, что в замкнутых системах энергия никуда не исчезает и не возникает «из ничего»; она только переходит от одного тела к другому или из одного вида в другой, при этом значение полной энергии сохраняется.