2.5 Закон сохранения и превращения энергии

Известны различные виды энергии – механическая, химическая, электрическая, электромагнитная, ядерная и др. В природе и технике имеют место превращения одного вида энергии в другие.

Полная энергия системы складывается из всех видов энергии и независимо от возможных превращений внутри этой системы она остается постоянной

. (24)

Энергия не может возникнуть и не может быть уничтожена, а лишь превращается из одного вида в другие (закон сохранения и превращения энергии).

В неизолированной (открытой) системе изменение энергии равно работе, совершаемой системой

. (25)

Если работа совершается за счет системы, то она положительна и энергия уменьшается, а если работа совершается действием внешних сил, то работа отрицательна и энергия системы возрастает.

Вопросы для самоконтроля

1. Чему равно отношение силы, действующей на тело к сообщаемому ускорению?

2. Что называется импульсом силы и импульсом тела?

3. Какая система называется изолированной?

4. Как формулируется закон сохранения импульса?

5. Назовите силы различной физической природы?

6. Каков физический смысл гравитационной постоянной?

7. В каких системах отсчета действуют силы инерции?

8. Виды механической энергии.

9. Каким образом масса тела зависит от скорости его движения?

Список литературы Основная

1. Грабовский Р.И. Курс физики. –СПб.; Издательство «Лань», 2002.-608с

2. Пронин В.П. – краткий курс физики. Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с.

3. Трофимова Т.И. Курс физики. М.: «Высшая школа». 2003г

Дополнительная

1. Рогачев Н.М. Курс физики. Учебное пособие// С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 448с. 1000 экз.

2. Трофимова Т.И.Физика в таблицах.. М.: «Высшая школа». 2008г

Лекция 3

3. Динамика вращательного и колебательного движений.

3.1 Момент силы. Момент инерции

В динамике вращательного движения вместо сил и масс рассматриваются моменты сил и моменты инерции(рис. 9).

Рис.9

Моментом силы относительно оси называют произведение, составленное из проекции силы (на плоскость, перпендикулярно оси) и кратчайшего расстояния между силой и осью.

Следовательно: F₁r₁ = M₁; F₂r₂ = M₂; Fr = M; .

Результирующий момент нескольких вращающих сил равен алгебраической сумме моментов отдельных сил (теорема Вариньона)

. (26)

Под моментом инерции элемента массы m_i понимается произведение этой массы на квадрат расстояния ее от оси вращения

. (27)

При поступательном движении кинетическая энергия частицы , а кинетическая энергия всего тела .

Если тело вращается, то , поэтому

.

Введем величину . Тогда момент инерции тела . (28)

Сравним с кинетической энергией для поступательного движения .

Моменты инерции различных тел разные: Так если ось вращения совпадает с центром массы тела, то моменты инерции стержня, прямоугольной пластины, кольца, обруча, диска и шара соответственно равны (рис. 10).

Рис.10

Если ось вращения не совпадает с центром масс, то момент инерции определяется по теореме Штейнера

, (29)

то есть

Момент инерции относительно любой оси вращения равен моменту инерции относительно параллельной оси, проходящей через центр тяжести, сложенному с произведением массы тела на квадрат расстояния центра тяжести тела от оси вращения.

Например, момент инерции стержня длиной , относительно центра масс равен , а относительно одного из торцов, будет .