4.3 Виды энергии
Энергия является важнейшей физической величиной, характеризующей способность тела или системы тел совершать работу.
Например, катящийся шар, деформированная пружина, поднятое тело над Землей обладают энергией независимо от того, совершают ли они в данный момент работу или нет.
«Энергия характеризует состояние системы, способность системы к совершению работы при переходе из одного состояния в другое».
Изменение энергии выражается работой, которую может совершать система, переходя из одного состояния в другое. Т.о. Работа А, совершаемая системой равна разности энергий, присущих системе в этих состояниях:
А = Е0 – Еn, где Е0 и Еn – энергии системы в исходном и конечном состояниях. Энергия тела может быть обусловлена причинами двоякого рода: 1) во-первых, движением тел с некоторой скоростью и 2) во-вторых, определяемая взаимным расположением тел и характером сил взаимодействия между ними.
Энергия первого вида называется кинетической энергией. Энергия второго вида называется потенциальной энергией.
Кинетическая энергия Сила, действуя на тело, вызывает его перемещение и совершает работу. Следовательно, энергия тела возрастает на величину затраченной работы. Т.о. работа dAв на некотором пути способствует возрастанию скорости от 0 до и происходит увеличение кинематической энергии dT тела.
dA=dT (8)
Используем второй
закон Ньютона
,
умножим на перемещение
,
получим 
=
(9)
т.к.
,
то dA=
,
откуда Т=
Т.о. тело массой «m» движущееся со скоростью V, обладает кинетической энергией
Т=
(10)
Т – зависит от массы и скорости тела, т.е. кинетическая энергия системы есть функция состояния ее движения. Движение тела рассматривается в инерциальной системе отсчета.
Потенциальная энергия Пусть взаимодействия тел осуществляется посредством силовых полей (упругих сил или гравитационных сил). Работа, в этом случае, не зависит по какой траектории это перемещение произошло, а зависит только от начального и конечного положений. Такие поля называются потенциальными, а силы, действующие в них, - консервативными.
Тело, находясь в потенциальном поле сил, обладает потенциальной П. Работа консервативных сил равна приращению потенциальной энергии, взятому со знаком минус, т.к. работа совершается за счет убыли
потенциальной энергии: dA= - dП (11)
или 
(12)
П=
(13),
где С – постоянная интегрирования.
Вид функции потенциальной энергии зависит от характера силового поля. Так вблизи земной поверхности гравитационное поле, потенциальная энергия тела массой «m» равна.
П=mgh (14),
h – над поверхностью Земли. Потенциальная энергия упругодеформированного тела:
П=k
(15),
где, х – деформация, k – коэффициент упругости (для пружины – жесткость).
Начало отсчета выбирается произвольно, то потенциальная энергия может иметь отрицательное значение (кинетическая энергия всегда положительна). Если принять за нуль П тела, находящегося на поверхности Земли, то П тела, находящегося на дне шахты (глубина h').
П= - mgh' (16)
Полная механическая энергия системы равна сумме кинетической и потенциальной энергий: Е=Т+П (17)
Полная энергия системы Е складывается из всех присущих системе видов энергии. Какие бы превращения энергии не происходили в изолированной системе «Полная энергия системы остается постоянной».
Е=const (18)
«Будучи несозидаемой и неуничтожаемой, энергия может превращаться из одних видов в другие» (закон сохранения и превращения энергии)».
«Изменение энергии неизолированной системы равно работа, совершаемой системой (закон сохранения и превращения энергии)».
∆Е= - А (19)
«Энергия есть количественная и качественная характеристика движения материи, работа – количественная характеристика превращения одних форм движения материи в другие».
Работа и энергия – различные физические величины, но выражаются в одинаковых единицах. Закон сохранения и превращения энергии является всеобщим фундаментальным законом природы, он справедлив для систем макротел и для систем микротел. Физическая сущность этого закона – неуничтожаемость материи и ее движения.