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

Зміна енергії тіла (системи) ∆E дорівнює роботі A , яку виконала система, або роботі, яку виконали над системою: ∆E = 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 Eп 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 ŋ 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 = ŋE або корисну потужність N_кор = ŋE.

Запитання для самоперевірки

1. Яку роботу називають механічною? Яка формула виражає її зміст?

2. У яких випадках про силу можна сказати, що вона виконує роботу?

3. Коли сила виконує додатну роботу, а коли від'ємну?

4. Чому дорівнюватиме робота сили, якщо цю силу спрямувати під гострим або тупим кутом до переміщення тіла?

5. За якої умови сила, прикладена до рухомого тіла, не виконує роботу?

6. Яка одиниця роботи в СІ? Сформулюйте означення цієї одиниці.

7. Автомобіль рухається по рівній дорозі. Чи здійснює роботу сила тяжіння, що діє на автомобіль?

8. Тіло кинуте вертикально вгору. Укажіть, додатну чи від'ємну роботу виконує сила тяжіння:

а) під час підняття тіла;

б) під час його падіння.

9. Що таке потужність? Яка формула виражає її зміст?

10. Яка одиниця потужності в СІ? Сформулюйте означення цієї одиниці вимірювання.

11. Що таке кінська сила і яке її співвідношення з ватом?

12. Який зв'язок між швидкістю рівномірного руху транспортного засобу і потужністю його двигуна? Виведіть і поясніть цю формулу. Принцип дії якого механізму ґрунтується на цій формулі?

13. Як називають одиницю роботи, яка виконується протягом 1 с при потужності 1 Вт? Які аналогічні, але більші зручні одиниці вимірювання ви знаєте?

14. Що таке енергія?

15. Які форми енергії ви знаєте і якими символами вони позначаються?

16. Яка одиниця вимірювання енергії в системі СІ? Сформулюйте означення цієї одиниці.

17. Виведіть формулу для розрахунку роботи, виконуваної у разі зміни швидкості тіла.

18. Що таке кінетична енергія? Яка формула виражає її зміст? Це скалярна чи векторна величина?

19. Виведіть формулу роботи, виконаної силою у разі зміни швидкості тіла (теорему про кінетичну енергію).

20. Як зміниться кінетична енергія тіла, якщо сила, прикладена до тіла, виконує додатну роботу?

21. Як зміниться кінетична енергія тіла, якщо сила, прикладена до нього, виконує від'ємну роботу?

22. Чи зміниться кінетична енергія рухомого тіла у разі зміни напряму вектора його швидкості?

23. У яких одиницях вимірюється кінетична енергія в системі СІ?

24. Яку енергію називають потенціальною?

25. Яка формула виражає зміст потенціальної енергії тіла, що знаходиться на деякій висоті над землею?

26. Виведіть формулу роботи сили тяжіння у разі перенесення матеріальної точки між двома точками, що знаходяться на різній висоті над землею?

27. Чи залежить робота сили тяжіння від траєкторії руху тіла в полі тяжіння Землі?

28. Чому дорівнює робота сили тяжіння по замкненій траєкторії?

29. Як змінюється потенціальна енергія під час руху вгору?

30. Яку енергію називають енергією взаємодії, а яку енергією руху і чому?

31. За якою формулою визначають потенціальну енергію пружно-деформованого тіла?

32. Запишіть формулу сили пружності.

33. Чому дорівнює робота сили пружності, якщо тіло, на яке вона діє, пройшовши деяку відстань, повернулося у вихідну точку?

34. Що спільного в потенціальних енергій тіла, на яке діє сила тяжіння, і тіла, на яке діє сила пружності?

35. Що таке повна механічна енергія?

36. Сформулюйте і запишіть закон збереження повної механічної енергії.

37. У яких системах виконується закон збереження повної механічної енергії в загальному вигляді?

38. На другому поверсі потенціальна енергія в'язанки дров більша, ніж на першому. Чи буде отримано більше енергії від спалювання дров на другому поверсі порівняно з енергією від їх спалювання на першому?

39. Що називають ККД?

40. Чому значення ККД завжди менше одиниці?

41. Що розуміють під корисною роботою, виконаною механізмом?

42. Що розуміють під усією затраченою (повною) роботою?

Поиск по сайту: