Механична енергия и нейните типове

Целта на тази статия е да разкрие същността на понятието "механична енергия". Физиката използва широко това понятие както на практика, така и на теория.

Работа и енергия

Механичната работа може да се определи, ако са известни силата, действаща върху тялото и движението на тялото. Има и друг начин за изчисляване на механичната работа. Обмислете един пример:

Фигурата показва тяло, което може да бъде в различни механични състояния (I и II). Процесът на преход на тяло от състояние I към състояние II се характеризира с механична работа, т.е. при преминаване от състояние I към състояние II, тялото може да извърши работа. При извършване на работата механичното състояние на тялото се променя и механичното състояние може да се характеризира с една физическа величина - енергия.

Енергията е скаларна физическа величина на всички форми на движение на материята и варианти на тяхното взаимодействие.

Каква е механичната енергия

Механичната енергия е скаларна физическа величина, която определя способността на тялото да изпълнява работата.

A = .Е

Тъй като енергията е характеристика на състоянието на дадена система в даден момент във времето, работата е характеристика на процеса на промяна на състоянието на системата.

Енергията и работата имат еднакви единици: [A] = [E] = 1 J.

Видове механична енергия

Механичната свободна енергия се разделя на два типа: кинетичен и потенциален.

Кинетичната енергия е механичната енергия на тялото, която се определя от скоростта на нейното движение.

Е _k = 1 / 2mv ²

Кинетичната енергия е присъща на движещите се тела. Спират, извършват механична работа.

В различни референтни системи скоростите на едно и също тяло в произволно време могат да бъдат различни. Следователно, кинетичната енергия е относителна стойност, тя се определя от избора на референтната система.

Ако сила действа върху тялото по време на движение (или няколко сили едновременно), кинетичната енергия на тялото се променя: тялото ускорява или спира. В същото време работата на силата или работата на резултата от всички сили, които се прилагат към тялото, ще бъде равна на разликата в кинетичните енергии:

A = E _k1 - E _{k 2} = ΔЕ _k

На това твърдение и формула е дадено името - теоремата за кинетичната енергия .

Потенциалната енергия се нарича енергия поради взаимодействието между телата.

Когато тяло от маса m падне от височина h, силата на привличане изпълнява работата. Тъй като работата и промяната на енергията са свързани с уравнение, може да се напише формула за потенциалната енергия на тялото в полето притегляне :

E _p = mgh

За разлика от кинетичната енергия E _k, потенциалът E _p може да има отрицателна стойност, когато h <0 (например, тяло лежи на дъното на кладенеца).

Друг вид механична потенциална енергия е енергията на деформацията. Пружина, притисната на разстояние х с твърдост k, има потенциална енергия (енергията на деформация):

E _p = 1/2 kx ²

Енергийната деформация намери широко приложение в практиката (играчки), в техниката - машини, релета и други.

E = E _p + E _k

Общата механична енергия на тялото се нарича сума от енергии: кинетична и потенциална.

Законът за запазване на механичната енергия

Някои от най-точните експерименти, проведени в средата на XIX век от английския физик Жул и германския физик Майер, показаха, че количеството енергия в затворените системи остава непроменено. Тя се движи само от едно тяло в друго. Тези изследвания помогнаха да се открие законът за запазване на енергията :

Общата механична енергия на изолирана система от тела остава постоянна за всички взаимодействия на тялото помежду си.

За разлика от импулса, който няма еквивалентна форма, енергията има много форми: механична, термична, енергия на молекулярното движение, електрическа енергия със силите на взаимодействие на заряда и други. Една форма на енергия може да се прехвърли към друга, например, топлинната кинетична енергия се прехвърля в процеса на спиране на автомобила. ако сили на триене не, и топлината не се генерира, тогава общата механична енергия не се губи, а остава постоянна по време на движението или взаимодействието на телата:

E = E _p + E _k = const

Когато силата на триене между телата, тогава има намаляване на механичната енергия, обаче, в този случай, тя не се губи без следа и отива в топлина (вътрешна). Ако външна сила изпълнява работа на затворена система, тогава има увеличаване на механичната енергия от количеството работа, извършена от тази сила. Ако една затворена система извършва работа върху външни тела, то механичната енергия на системата се намалява с количеството работа, което е извършило.
Всеки вид енергия може да се превърне напълно във всякакъв друг вид енергия.