Занятие 5 энергия. Работа. Мощность

Учебная цель: добиться понимания физических понятий энергии, работы, мощности и закона сохранения энергии. Привить навыки самостоятельного решения задач по данной теме.

Литература

Основная: Детлаф А.А., Яворский Б.М. Курс физики. – М.: Высшая школа, 1989. – Гл. 3, § 3.1 – 3.4; гл. 5, § 5.2.

Дополнительная: Савельев И.В. Курс общей физики. – М.: Наука, 1987. – Т. 1, гл. 3, § 19 – 24.

Контрольные вопросы для подготовки к занятию

1. Поясните физический смысл понятий энергии, работы, мощности. Их единицы измерения.

2. Какие виды механической энергии известны? Чем они определяются?

3. Запишите и объясните формулы кинетической энергии поступательного и вращательного движения тела.

4. Каковы способы определения работы?

5. Как определяется работа сил упругой деформации и потенциальная энергия упруго деформированного тела?

6. По какой формуле можно определить потенциальную энергию гравитационного взаимодействия двух материальных точек (шаров)? Поясните, почему она является отрицательной величиной?

7. Дайте определение консервативной и диссипативной систем тел. Приведите примеры.

8. Сформулируйте, поясните и запишите закон сохранения энергии в механике.

Краткие теоретические сведения и основные формулы

Энергия – универсальная мера различных форм движения и взаимодействия всех видов материи.

Механическая энергия может быть обусловлена двумя причинами:

- движением тела с некоторой скоростью (кинетическая энергия);

- нахождением тела в потенциальном поле сил (потенциальная энергия).

Кинетическая энергия тела массой m, движущегося поступательно со скоростью

Кинетическая энергия вращающегося вокруг неподвижной оси тела

Потенциальная энергия тяготения двух материальных точек, массы которых и, находящихся на расстоянииr, при условии, что W_ = 0, равна

где G = 6,67·10^-11 –гравитационная постоянная. Знак минус соответствует тому, что при r   потенциальная энергия двух взаимодействующих тел равна нулю; при сближении этих тел потенциальная энергия убывает.

Потенциальная энергия сил притяжения всегда является отрицательной. Область пространства, где действуют силы притяжения, называется потенциальной ямой.

Потенциальная энергия тела, поднятого на высоту h относительно тела отсчёта (например, Земли)

W_n = m g h,

где g = 9,81 – ускорение свободного падения.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела

где -коэффициент упругости, определяемый отношением упругой силы к величинеупругой деформации.

Закон сохранения энергии в механике: полная механическая энергия замкнутой системы, в которой действуют только консервативные силы, есть величина постоянная, т.е.

W_k + W_n = сonst.

Системы, в которых полная механическая энергия не сохраняется, называются диссипативными.

Мерой передачи движения, или мерой энергии, переданной от одного тела к другому, является работа.

На основании определения работы изменение полной механической энергии системы равно алгебраической сумме работ всех внешних и внутренних сил:

A = W₂ – W₁ Дж,

где W₂ и W₁ – полные энергии тел соответственно после и до взаимодействия.