Энергия. Законы сохранения.

Энергия – скалярная физическая величина, являющаяся общей мерой различных форм движения материи. Суммарная энергия замкнутой системы с течением времени не изменяется. Как показал А.Эйнштейн, полная энергия системы, имеющей массу М, равна Е = Мс², где с – скорость света в вакууме.

Механическая энергия состоит из кинетической и потенциальной. Кинетическая энергия материальной точки массой m, движущейся со скоростью v, равна E_k = mv²/2. Изменение кинетической энергии материальной точки есть результат совершения работы внешними силами над этой точкой. Потенциальной энергией называется часть энергии, зависящая только от конфигурации системы или от ее положения во внешнем поле сил. Говорят о потенциальной энергии гравитационного и электромагнитного взаимодействия. У поверхности Земли гравитационное поле можно считать однородным и потенциальная энергия меняется линейно с высотой, пропорционально массе. Электрические и магнитные поля неразрывно связаны друг с другом, образуя единое электромагнитное поле. Электрическое поле порождается заряженными частицами и переменным магнитным полем. Магнитное поле порождается движущимися заряженными частицами и переменным электрическим полем. Свойства электромагнитного поля описываются системой уравнений Максвелла.

Изменение потенциальной энергии представляет собой работу, которую совершают консервативные электромагнитные или гравитационные силы, при переходе системы из одного состояния в другое. Консервативные силы – это силы, работа которых зависит только от начального и конечного состояний системы и не зависит от пути перехода система из одного состояния в другое. Тела взаимодействуют посредством создаваемых ими полей. Сама потенциальная энергия материализуется в поле, окружающем взаимодействующие тела.

Состояние равновесия называют устойчивым, если малое внешнее воздействие на систему не изменяет ее состояния. В состоянии устойчивого равновесия потенциальная энергия системы имеет минимум. Стремление к минимуму потенциальной энергии объясняет многие явления природы. Тот факт, что все небесные тела (планеты, звезды), обладающие значительной массой, шарообразны, объясняется тем, что этой формой достигается минимум потенциальной энергии гравитационного взаимодействия между частицами этих тел.

Закон всемирного тяготения Ньютона.

Одно из величайших достоинств механики Ньютона была ее способность правильно описать движение планет в Солнечной системе под действием гравитационной силы. Закон всемирного тяготения имеет вид

=,

G –постоянная, одинаковая для всех тел во Вселенной. Ньютон сделал предположение, что сила F действует мгновенно через пустое пространство, разделяющее тела. Поэтому теория Ньютона является теорией мгновенного действия на расстоянии (теорией дальнодействия). Понятие мгновенности строго определено в ньютоновской модели времени, т.к. там существует однозначное понятие одновременности даже для точек, удаленных друг от друга на расстоянии r.

Связав закон тяготения со вторым законом, Ньютон показал, что орбита движения планет вокруг Солнца должна быть эллипсом.