2.Енергія . Мех. Енергія

3.Кінетична енергія

4.Потенціальна енергія

Механічною енергією називають скалярну фізичну величину, яка характеризує здатність тіла виконувати роботу. Одиниця енергії збігається з одиницею роботи.

Розрізняють два види механічної енергії: кінетичну і потенціальну. Кінетичною енергією називають енергію обумовлену рухом тіла. Потенціальною енергією називають енергію обумовлену взаємодією між тілами. Сума кінетичної і потенціальної енергій називають повною механічною енергією тіла.

Енергія - це скалярна фізична характеристика всіх форм руху матерії і варіантів їх взаємодій.

Зміна енергії тіла (системи) DE дорівнює роботі A , яку виконала система, або роботі, яку виконали над системою:

DE = A      A = E₂ -  E₁.

Нехай на вільне нерухоме тіло почала діяти постійна сила , тоді виконана нею робота

Вираз (2.3.8) називають кінетичною енергією:

Кінетична енергія притаманна рухомим тілам. Зупиняючись, вони виконують механічну роботу.

У різних системах відліку швидкості одного й того самого тіла в довільний момент часу можуть бути різними. Отже, кінетична енергія - величина відносна; вона залежить від вибору системи відліку.

Якщо на тіло під час руху діє сила (або одночасно декілька сил), кінетична енергія тіла змінюється - тіло прискорюється або зупиняється. При цьому робота сили або рівнодійної сил, прикладених до тіла, дорівнює зміні кінетичної енергії:

Це твердження і формулу (2.3.9), що його виражає, називають теоремою про кінетичну енергію.

Потенціальна енергія залежить від взаємного розташування тіл або частин одного й того самого тіла. Під час падіння тіла масою m з висоти h сила тяжіння виконує роботу

A = mgh.

Оскільки робота і зміна енергії пов'язані рівнянням (2.3.9), можна записати формулу для потенціальної енергії тіла в полі сили тяжіння:

E_п = mgh.

На відміну від кінетичної енергії E_к потенційна енергія E_п може мати і від'ємне значення, коли h < 0 (наприклад тіло, що лежить на дні колодязя).

Ще одним видом механічної потенціальної енергії є енергія деформації. Стиснена на відстань x пружина із жорсткістю k має потенціальну енергію (енергію деформації):

Енергія деформації знайшла широке використання на практиці (іграшки), в техніці - автомати і реле та ін.

Одні з найточніших дослідів, які провели в середині ХІХ століття англійський фізик Джоуль і німецький фізик Майєр, показали, що кількість енергії в замкнених системах залишається незмінною. Енергія лише переходить від одних тіл до інших або перетворюється з одного виду в інший. Ці дослідження допомогли відкрити закон збереження і перетворення енергії: повна механічна енергія замкненої системи тіл, які взаємодіють силами тяжіння або пружності, залишається незмінною за будь-яких взаємодій тіл між собою.

Цей закон має надзвичайно важливе теоретичне і практичне значення. На відміну від імпульсу, який не має еквівалентної форми, енергія має багато форм: механічну, теплову, енергію молекулярного руху, електричну енергію із силами взаємодії зарядів та ін. Одна форма може переходити в іншу як, наприклад, кінетична енергія переходить в теплову в процесі гальмування автомобіля. Якщо сил тертя немає і тепло не утворюється, то повна механічна енергія залишається сталою в процесі руху або взаємодії тіл:

E = E_к + E _п = const.

Якщо між тілами діє сила тертя, тоді механічна енергія зменшується, однак і в цьому разі енергія не втрачається безслідно, а переходить в теплову (внутрішню). Якщо над замкненою системою виконує роботу зовнішня сила, то механічна енергія збільшується на величину виконаної цією силою роботи. Якщо ж замкнена система виконує роботу над зовнішніми тілами, тоді механічна енергія системи зменшується на величину виконаної нею роботи.

Кожен вид енергії може перетворюватися повністю в довільний інший вид енергії. Однак в усіх реальних енергетичних машинах, крім перетворень енергії, для яких використовуються ці машини, відбуваються перетворення енергії, які називають втратами енергії.

Чим менше втрачається енергії, тим досконаліша машина. Ступінь досконалості машини характеризується коефіцієнтом корисної дії (ККД). Його визначають відношенням корисної роботи до затраченої або відношенням потужностей:

У СІ h визначається в частках, а поза СІ - у відсотках. Коефіцієнт корисної дії завжди менший за одиницю. Знаючи ККД певного двигуна чи машини, можна обчислити виконану корисну роботу A_кор = hE або корисну потужність N_кор = hE.