5. Енергія. Кінетична і потенціальна енергія

Енергія – це єдина (спільна) міра різних форм руху і взаємодії матерії і цією мірою є Дж (джоуль – одиниця роботи). Зміна енергії системи пов’язана з виконанням роботи.

Кінетична енергія матеріальної точки або тіла при поступальному русі є мірою цього руху і одиницями даної міри є Дж (одиниця роботи), так що зміна кінетичної енергія пов’язана з виконанням роботи:

.

Потенціальна енергія є мірою взаємодії тіл або частин тіла одне відносно одного.

Так, потенціальна енергія тіла в полі тяжіння Землі є мірою гравітаційної взаємодії тіла і Землі, і цією мірою є одиниці роботи, так що зміна потенціальної енергії пов’язана з виконанням роботи. Якщо тіло масою знаходиться на висоті над поверхнею Землі, то потенціальна енергія цього тіла дорівнює:

Робота сил тяжіння при переміщенні в полі тяжіння матеріальної точки не залежить від траєкторії переміщення, а тільки від початкового і кінцевого положення точки. Поле, в якому робота сил цього поля не залежить від траєкторії переміщення називається потенціальним, а сили , які діють з сторони цього поля – консервативні.

Роботу сил тяжіння при переміщенні матеріальної точки з одного положення в інше можна визначити через різницю потенціалів гравітаційного поля, у якому переміщається дана точка:

.

У свою чергу, потенціал гравітаційного поля, як його енергетична характеристика, дорівнює:

.

6. Закон збереження енергії в механіці.

Найбільш загальний закон збереження, який справедливий для процесів будь-якої природи – це закон збереження і перетворення енергії, який стверджує, що

в замкнутій системі енергія може переходити з одних видів в інші і передаватись від одного тіла до другого, але її загальна кількість залишається незмінною.

Системи тіл, сили взаємодії між якими є потенціальні (консервативні), відсутнє перетворення механічної енергії в інші види енергії називаються замкнутими консервативними системами. Для таких систем справедливий закон збереження енергії в механіці.

Механічна енергія замкнутої консервативної системи не змінюється в процесі її руху і є сталою величиною.

Для такої системи сума кінетичної та потенціальної енергій є сталою величиною:

.

Системи, де є втрати механічної енергії називаються, дисипативними.

В основі закону збереження енергії лежить однорідність часу, тобто рівнозначність всіх моментів часу. Тут рівнозначність моментів часу треба розуміти, що заміна моменту часу моментом без зміни значень інших параметрів не змінює властивостей системи.

7. Застосування законів збереження до співудару тіл

Одне з важливих застосувань законів збереження – це співудар двох тіл. А саме, відомі маси тіл, їх швидкості до співудару – необхідно знайти швидкості після їх взаємодії.

1. Абсолютно не пружний удар

Два тіла масами і до удару рухаються з швидкостями та , як вказано на рисунку. Після абсолютно не пружного удару вони рухаються як одне ціле зі швидкістю

.

2. Абсолютно пружний центральний удар

Після абсолютно пружного удару перше тіло рухається зі швидкістю

,

а друге зі швидкістю .

8. Основні напрями альтернативної енергетики

Традиційні джерела енергії, яку використовує людство – це не відтворювані джерела, до яких відносяться різні види палив, і їх запаси на Землі обмежені (нафта, газ, вугілля). Навіть традиційна гідроенергетика (гідроелектростанції на великих ріках) теж не вирішує проблем енергозабезпечення. Тому у даний час ведуться пошуки нетрадиційних або, як кажуть, альтернативних джерел енергії. Найбільш перспективними у цьому напрямі є такі основні напрями альтернативної енергетики.

1. Вітроенергетика

Сама назва вказує, що джерелом енергії є енергія рухомого повітря, тобто вітру. Повітряні потоки на Землі можна вважати невичерпними джерелами енергії. Останнім часом багато країн збільшують використання вітроенергетичних установок. Найбільше їх в країнах Західної Європи, так, Данія отримує 25% споживаної енергії з вітру.

2. Геліогенергетика

Геліоенергетика буквально значить енергія отримана від Сонця (від геліос грецьк.. Ήλιος, Helios – Сонце). У даний час найбільш поширеним методом використання сонячної енергії є сонячні батареї – напівпровідникові фотоелементи, які безпосередньо перетворюють енергію світла в енергію електричного струму.

3. Геотермальна енергетика

Геотермальна енергія (природне тепло Землі), акумульована в перших десятьох кілометрах Земної кори, в 10 разів перевищує геологічні ресурси усіх видів палива разом узятих. Перше місце по виробленню електроенергії з гарячих гідротермальних джерел займає США.

4. Альтернативна гідроенергетика

Приливні електростанції використовують енергію океанських приливів. Найбільша у світі приливна електростанція знаходиться у Франції. 24 турбіни цієї станції забезпечують потужність 240 МВт.

Хвильові електростанції. Електростанції такого типу використовують енергію морських або океанських хвиль. Перша у світі хвильова електростанція потужністю 2,25 МВт була збудована в Португалії в 2008 р.