Раздел 1. Работа и энергия «Энциклопедический словарь физика», 1991:
<….>
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ ЭНЕРГИИ
Важность изучения энергии
Как часто вы видели газетную рубрику «Энергетический кризис»? Достаточно часто, для того чтобы понять, что изучение различных источников энергии и способов их использования с наибольшей пользой представляет чрезвычайную важность. С точки зрения социально-экономической, очень важно, чтобы энергия не тратилась понапрасну. Это означает, что производство и пути передачи энергии должны быть ясны. Вы убедитесь, что вопросы, связанные с энергией, пронизывают всю физику.
Работа
Говорят, что работа совершается, когда точка приложения силы к некоторому телу передвигается в направлении действия этой силы.
Проделанная работа
– сила
расстояние,
пройденное телом в направлении действия
силы.
Если сила выражается в ньютонах, а расстояние – в метрах, то проделанная работа – в джоулях. Поэтому единица СИ работы – это Джоуль:
ньютон
метр
= джоуль.
Примечание*. Проделанная работа – скалярная величина, хотя она и является произведением двух векторных величин.
Энергия
Энергия – это способность совершать работу, и поэтому она также измеряется в джоулях. Существует много различных форм энергии.
Тело способно произвести работу, если оно движется или вследствие своего состояния или положения. Эти виды энергии называются механической энергией.
Кинетическая энергия
Это способность тела совершить работу вследствие движения этого тела. Таким образом, любое движущееся тело обладает кинетической энергией. С тех пор как Давид убил Голиафа камнем из пращи, на протяжении столетий (стрелами из луков, пулями из ружей, а затем ракетами) кинетическая энергия тела часто использовалась для разрушительных целей. Общеизвестно, что чем больше ракета и чем быстрее она движется, тем больше она может причинить ущерба.
Потенциальная энергия
Это способность
проделать работу, которой обладает тело
вследствие своего положения или
состояния. Например, если тело поднимается
над Землей, то должна быть проделана
работа по преодолению силы притяжения
Землей, т.е. веса тела. Как и ранее,
проделанная работа = сила
расстояние,
пройденное телом.
Если на высоте тело отпустить, то оно способно совершить работу при падении на землю. Лук и стрела в вышеупомянутом примере являются характерным проявлением этого вида энергии. Когда лук натянут, он обладает потенциальной энергией; когда же тетива отпущена, то большая часть ее превращается в кинетическую энергию стрелы.
Потенциальная энергия
Потенциальная энергия – энергия, которой обладает тело вследствие своего положения над землей. Рассмотрим этот вопрос более подробно. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией сжатия вследствие изменения своего состояния. Для сжатия пружины должна быть проделана работа, и, когда пружина отпускается, большая часть этой энергии может быть высвобождена. Заводная пружина также обладает потенциальной энергией, и она широко используется для накопления энергии, нужной, например, для хода часов. Хотя теперь и входят в моду цифровые и кварцевые часы, пройдет еще много времени, прежде чем старые пружинные часы полностью будут вытеснены. Маленькие дети будут еще многие годы играть с заводными игрушками, развлекаясь освобождением энергии заводной пружины.
Энергия может также быть накоплена и в растянутой резинке. Мальчики и девочки давно знакомы с рогаткой, которая может запустить камушек с большей скоростью, чем это можно сделать руками. Потенциальная энергия резинки переходит в кинетическую энергию камушка. Обратный ход этого процесса используется в успокоителе, останавливающем самолет при посадке на авианосец. Кинетическая энергия самолета переходит в потенциальную энергию успокоителя.
Теперь должно быть ясно, что там, где существуют силы, способные вызывать или вызывающие движение в направлении их действия, там и присутствует энергия. Вы теперь так же знаете, что энергия существует во многих видах и может переходить из одного вида в другой.