Tähistab "tegevust". Võid kutsuda energilist inimest, kes liigub, loob teatud tööd, oskab luua, tegutseda. Ka inimeste, elusolendite ja looduse loodud masinatel on energiat. Kuid see on tavaelus. Lisaks on olemas range, mis on määratlenud ja määranud mitut tüüpi energiat - elektrilist, magnetilist, aatomit jne. Kuid nüüd räägime potentsiaalsest energiast, mida ei saa käsitleda kineetilisest energiast eraldi.

Kineetiline energia

Seda energiat omavad mehaanika kontseptsioonide kohaselt kõik kehad, mis omavahel suhtlevad. Ja antud juhul räägime kehade liikumisest.

Potentsiaalne energia

A=Fs=Ft*h=mgh või Ep=mgh, kus:
Ep - keha potentsiaalne energia,
m - kehakaal,
h on keha kõrgus maapinnast,
g on vaba langemise kiirendus.

Kahte tüüpi potentsiaalset energiat

Potentsiaalset energiat on kahte tüüpi:

1. Energia kehade suhtelises asendis. Rippkivil on selline energia. Huvitaval kombel on ka tavalisel puidul või kivisöel potentsiaalne energia. Need sisaldavad oksüdeerimata süsinikku, mis võib oksüdeeruda. Lihtsamalt öeldes võib põletatud puit potentsiaalselt vett soojendada.

2. Elastse deformatsiooni energia. Siin on näiteks elastne riba, kokkusurutud vedru või luu-lihassideme süsteem.

Potentsiaalne ja kineetiline energia on omavahel seotud. Nad võivad muutuda üksteiseks. Näiteks kui kivi on ülespoole, siis kui see liigub, on sellel kõigepealt kineetiline energia. Kui see jõuab teatud punkti, siis see hetkeks tardub ja saab potentsiaalset energiat ning siis tõmbab gravitatsioon selle alla ja tekib taas kineetiline energia.

Töö mõistega on tihedalt seotud veel üks fundamentaalne füüsiline mõiste – energia mõiste. Kuna mehaanika uurib esiteks kehade liikumist ja teiseks kehade vastastikmõju, on tavaks eristada kahte tüüpi mehaanilist energiat: kineetiline energia, mis on põhjustatud keha liikumisest ja potentsiaalne energia, mis on põhjustatud keha vastasmõjust teiste kehadega.

Kineetiline energia mehaaniline süsteem nimetatakse energiakssõltuvalt selle süsteemi punktide liikumiskiirusest.

Kineetilise energia avaldise saab leida materiaalsele punktile rakendatud resultantjõu töö määramisega. (2.24) alusel kirjutame resultantjõu elementaartöö valemi:

Sest
, siis dA = mυdυ. (2,25)

Et leida töö, mida teeb resultantjõud, kui keha kiirus muutub υ 1-lt υ 2-ks, integreerime avaldise (2.29):

(2.26)

Kuna töö on energia ühelt kehalt teisele ülekandumise mõõt, siis

(2.30) alusel kirjutame, et kogus on kineetiline energia

keha:
kust (1.44) asemel saame

(2.27)

Tavaliselt nimetatakse valemiga (2.30) väljendatud teoreemi kineetilise energia teoreem . Selle kohaselt võrdub kehale (või kehade süsteemile) mõjuvate jõudude töö selle keha (või kehade süsteemi) kineetilise energia muutumisega.

Kineetilise energia teoreemist järeldub kineetilise energia füüsiline tähendus : Keha kineetiline energia on võrdne tööga, mida ta on võimeline tegema kiiruse nulli vähendamise protsessis. Mida suurem on keha kineetilise energia "reserv", seda rohkem tööd ta suudab teha.

Süsteemi kineetiline energia võrdub nende materiaalsete punktide kineetiliste energiate summaga, millest see süsteem koosneb:

(2.28)

Kui kõigi kehale mõjuvate jõudude töö on positiivne, siis keha kineetiline energia suureneb, kui töö on negatiivne, siis kineetiline energia väheneb.

On ilmne, et kõigi kehale rakendatavate jõudude resultandi elementaartöö on võrdne keha kineetilise energia elementaarse muutusega:

dA = dE k (2,29)

Kokkuvõtteks märgime, et kineetiline energia, nagu ka liikumiskiirus, on suhteline. Näiteks rongis istuva reisija kineetiline energia on erinev, kui arvestada liikumist teepinna või vaguni suhtes.

§2.7 Potentsiaalne energia

Teist tüüpi mehaaniline energia on potentsiaalne energia – kehade vastasmõjust tulenev energia.

Potentsiaalne energia ei iseloomusta ühtegi kehade vastasmõju, vaid ainult seda, mida kirjeldavad jõud, mis ei sõltu kiirusest. Enamik jõude (gravitatsioon, elastsus, gravitatsioonijõud jne) on just sellised; ainsaks erandiks on hõõrdejõud. Vaadeldavate jõudude töö ei sõltu trajektoori kujust, vaid selle määrab ainult selle alg- ja lõppasend. Selliste jõudude töö suletud trajektooril on null.

Nimetatakse jõude, mille töö ei sõltu trajektoori kujust, vaid sõltub ainult materiaalse punkti (keha) alg- ja lõppasendist. potentsiaalsed või konservatiivsed jõud .

Kui keha suhtleb oma keskkonnaga potentsiaalsete jõudude kaudu, siis saab selle vastasmõju iseloomustamiseks kasutusele võtta potentsiaalse energia mõiste.

potentsiaal on energia, mis tekib kehade vastasmõjul ja sõltub nende suhtelisest asendist.

Leiame maapinnast kõrgemale tõstetud keha potentsiaalse energia. Laske kehal massiga m ühtlaselt liikuda gravitatsiooniväljas positsioonist 1 asendisse 2 piki pinda, mille ristlõige joonise tasapinna järgi on näidatud joonisel fig. 2.8. See lõik on materiaalse punkti (keha) trajektoor. Kui hõõrdumist pole, mõjub punktile kolm jõudu:

1) pinnalt lähtuv jõud N on pinna suhtes normaalne, selle jõu töö on null;

2) gravitatsioon mg, selle jõu töö A 12;

3) veojõud F mõnelt vedava kehalt (sisepõlemismootor, elektrimootor, inimene jne); Tähistame selle jõu tööd tähega A T.

Vaatleme gravitatsiooni tööd keha liigutamisel piki kaldtasapinda pikkusega ℓ (joonis 2.9). Nagu sellelt jooniselt näha, on töö võrdne

A" = mgℓ cosα = mgℓ cos(90° + α) = - mgℓ sinα

Kolmnurgast ВСD ​​saame ℓ sinα = h, nii et viimasest valemist järeldub:

Keha trajektoori (vt joonis 2.8) saab skemaatiliselt kujutada kaldtasandi väikeste lõikudega, seetõttu kehtib gravitatsiooni töö jaoks kogu trajektooril 1 -2 järgmine avaldis:

A 12 = mg (h 1 - h 2) = (mg h 2 - mg h 1) (2,30)

Niisiis, raskusjõu töö ei sõltu keha trajektoorist, vaid sõltub trajektoori algus- ja lõpp-punkti kõrguste erinevusest.

Suurus

e n = mg h (2,31)

helistas potentsiaalne energia maapinnast kõrgusele h tõstetud materiaalne punkt (keha) massiga m. Seetõttu saab valemi (2.30) ümber kirjutada järgmiselt:

A 12 = =-(En 2 - En 1) või A 12 = =-ΔEn (2,32)

Gravitatsiooni töö võrdub vastupidise märgiga kehade potentsiaalse energia muutusega, s.o selle lõpp- ja algse erinevusega.väärtused (potentsiaalse energia teoreem ).

Samasuguse põhjenduse võib tuua ka elastselt deformeerunud keha kohta.

(2.33)

Pange tähele, et potentsiaalsete energiate erinevusel on füüsiline tähendus kui suurus, mis määrab konservatiivsete jõudude töö. Sellega seoses pole vahet, millisele positsioonile, konfiguratsioonile, nullpotentsiaalsele energiale tuleks omistada.

Potentsiaalse energia teoreemist võib saada ühe väga olulise järelduse: Konservatiivsed jõud on alati suunatud potentsiaalse energia vähendamisele. Väljakujunenud muster avaldub selles, et iga iseendale jäetud süsteem kipub alati liikuma olekusse, kus selle potentsiaalsel energial on kõige väiksem väärtus. See on minimaalse potentsiaalse energia põhimõte .

Kui süsteemil antud olekus ei ole minimaalset potentsiaalset energiat, siis nimetatakse seda olekut energeetiliselt ebasoodne.

Kui pall on nõgusa kausi põhjas (joonis 2.10, a), kus selle potentsiaalne energia on minimaalne (võrreldes selle väärtustega naaberpositsioonides), on selle olek soodsam. Sel juhul on palli tasakaal jätkusuutlik: Kui liigutate palli küljele ja vabastate selle, naaseb see algasendisse.

Näiteks palli asend kumera pinna tipus on energeetiliselt ebasoodne (joon. 2.10, b). Kuulile mõjuvate jõudude summa on null ja seetõttu on see pall tasakaalus. See tasakaal aga on ebastabiilne: piisab väikseimast löögist, et see alla veereks ja seeläbi energeetiliselt soodsamasse olekusse liiguks, s.t. kellel on vähem

P potentsiaalne energia.

Kell ükskõikne Tasakaalus (joon. 2.10, c) on keha potentsiaalne energia võrdne kõigi tema võimalike lähimate olekute potentsiaalse energiaga.

Joonisel 2.11 saate näidata mõnda piiratud ruumi piirkonda (näiteks cd), milles potentsiaalne energia on väiksem kui väljaspool seda. See piirkond sai nime potentsiaalne kaev .

Uurime, kuidas sõltub kehade energia nende kiirusest.

Laske kehamassil m piki nihet on suunatud jõud \(~\vec F\) (see võib olla üks jõud või mitme jõu resultant) ja keha kiirus muutub alates υ 1 kuni υ 2 (joonis 1). Selle jõu töö A = FΔ r.

Newtoni teise seaduse järgi F = ma.

Ühtlaselt kiirendatud liikumisega \(~a = \frac(\upsilon^2_2 - \upsilon^2_1)(2 \Delta r)\). Seega

\(~A = \frac(m \upsilon^2_2)(2) - \frac(m \upsilon^2_1)(2).\)

Füüsikalist suurust \(~W_k = \frac(m \upsilon^2)(2)\) nimetatakse kineetiliseks energiaks.

Energiat, mida keha omab selle liikumise tõttu, nimetatakse kineetiline energia.

Siis A = W k2- W k1, st.

\(~\Delta W_k = A\) -

kineetilise energia teoreem: keha kineetilise energia muutus on võrdne kõigi kehale mõjuvate jõudude resultandi tööga.

See teoreem kehtib sõltumata sellest, millised jõud kehale mõjuvad: elastsus, hõõrdumine või gravitatsioon.

Kui υ 1 = 0 ja υ 2 = υ , siis \(~\frac(m \upsilon^2)(2) = A\).

Seega on keha kineetiline energia võrdne tööga, mida tuleb teha puhkeasendis olevale kehale kiiruse andmiseks υ .

Kineetiline energia sõltub võrdlusraami valikust.

Kirjandus

Aksenovitš L. A. Füüsika keskkoolis: teooria. Ülesanded. Testid: Õpik. toetus üldharidust andvatele asutustele. keskkond, haridus / L. A. Aksenovitš, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - Lk 69-70.

Looduses tehakse tööd alati, kui mis tahes kehale tema liikumissuunas või selle vastu mõjub jõud (või mitu jõudu) teisest kehast (teistest kehadest).

Töö jõud võrdub jõu mooduli ja jõu rakenduspunkti nihke ja nendevahelise nurga koosinuse korrutisega.

A= F · S cos , Kus AJ); F – jõud, ( N); S- liikumine, ( m).

Energiat ei tekitata ega hävitata, vaid see muundub ainult ühest vormist teise: kineetilisest potentsiaalseks ja vastupidi. Arvestades väärtust Ek ja Ep, mehaanilise jäävuse seadus

energiat saab kirjutada järgmiselt:

Olekus 2 on kehal kineetiline energia (kuna tal on juba välja kujunenud kiirus), kuid potentsiaalne energia on vähenenud, kuna h 2 on väiksem kui h 1 . Osa potentsiaalsest energiast muutus kineetiliseks energiaks.

Seisund 3 on olek vahetult enne peatumist. Kere tundus olevat just maad puudutanud, samas kui kiirus oli maksimaalne. Kehal on maksimaalne kineetiline energia. Potentsiaalne energia on null (keha asub Maal).

Mehaanilised koguenergiad on üksteisega võrdsed, kui jätta tähelepanuta õhutakistusjõud.

Mis tahes keha liikuma panemiseks on eeltingimus kunstiteos. Samal ajal on selle töö tegemiseks vaja kulutada veidi energiat.

Energia iseloomustab keha selle töövõime seisukohalt. Energia ühik on Joule, lühendatult [J].

Iga mehaanilise süsteemi koguenergia on võrdne potentsiaalse ja kineetilise energia summaga. Seetõttu on tavaks eristada mehaanilise energia liikidena potentsiaalset ja kineetilist energiat.

Kui me räägime biomehaanilistest süsteemidest, siis selliste süsteemide koguenergia koosneb lisaks soojus- ja ainevahetusprotsesside energiast.

Isoleeritud kehasüsteemides, kui neile mõjub ainult gravitatsioonijõud ja elastsus, on koguenergia väärtus konstantne. See väide on energia jäävuse seadus.

Mis on mõlemad mehaanilise energia liigid?

Potentsiaalsest energiast

Potentsiaalne energia on energia, mille määrab kehade või nende kehade üksteisega vastasmõjus olevate komponentide suhteline asukoht. Teisisõnu, see energia on määratud kehade vaheline kaugus.

Näiteks kui keha kukub maha ja hakkab liikuma ümbritsevaid kehasid mööda kukkumise teed, tekitab gravitatsioon positiivset tööd. Ja vastupidi, keha ülespoole tõstmise puhul saame rääkida negatiivse töö tegemisest.

Järelikult on igal kehal potentsiaalne energia, kui see asub maapinnast teatud kaugusel. Mida suurem on keha kõrgus ja mass, seda suurem on keha tehtud töö väärtus. Samal ajal on esimeses näites, kui keha kukub alla, potentsiaalne energia negatiivne ja tõstmisel on potentsiaalne energia positiivne.

Seda seletatakse gravitatsiooni töö väärtuse võrdsusega, kuid potentsiaalse energia muutumise vastupidise märgiga.

Samuti võib interaktsioonienergia ilmnemise näide olla elastse deformatsiooniga objekt - kokkusurutud vedru: sirgendamisel teeb tööd elastsusjõud. Siin räägime tööde teostamisest, mis on tingitud keha komponentide asukoha muutumisest elastse deformatsiooni ajal üksteise suhtes.

Teabe kokkuvõtteks märgime, et absoluutselt igal objektil, mida mõjutab gravitatsioon või elastsusjõud, on potentsiaalse erinevuse energia.

Kineetilisest energiast

Kineetiline energia on energia, mille tulemusena hakkavad kehad omama liikumisprotsess. Selle põhjal on puhkeolekus olevate kehade kineetiline energia võrdne nulliga.

Selle energia hulk on võrdne töömahuga, mida tuleb teha, et keha puhkeseisundist välja viia ja seeläbi liikuma panna. Teisisõnu saab kineetilist energiat väljendada koguenergia ja puhkeenergia erinevusena.

Liikuva keha poolt tehtav translatsioonitöö sõltub otseselt massi ja kiiruse ruudust. Pöörleva liikumise töö sõltub inertsmomendist ja nurkkiiruse ruudust.

Liikuvate kehade koguenergia hõlmab mõlemat tüüpi tehtud tööd see määratakse järgmise avaldise järgi: . Kineetilise energia peamised omadused:

• Aditiivsus– määratleb kineetilise energia kui süsteemi energia, mis koosneb materiaalsete punktide hulgast ja on võrdne selle süsteemi iga punkti kogu kineetilise energiaga;
• Invariantsus võrdlussüsteemi pöörlemise suhtes - kineetiline energia ei sõltu punkti kiiruse asukohast ja suunast;
• Säilitamine– karakteristik näitab, et süsteemide kineetiline energia jääb muutumatuks mis tahes interaktsiooni ajal, kui muutuvad ainult mehaanilised omadused.

Näiteid potentsiaalse ja kineetilise energiaga kehadest

Kõik objektid, mis on tõstetud ja asuvad maapinnast teatud kaugusel seisvas olekus, on võimelised omama potentsiaalset energiat. Näiteks see betoonplaat tõstetud kraanaga, mis on statsionaarses olekus, laetud vedru.

Liikuvatel sõidukitel, aga ka üldiselt kõigil veerevatel objektidel on kineetiline energia.

Samal ajal võib looduses, igapäevaelus ja tehnikas potentsiaalne energia muutuda kineetiliseks energiaks ja kineetiline energia omakorda, vastupidi, potentsiaalseks energiaks.

Pall, mis visatakse teatud punktist kõrgusel: kõrgeimas asendis on palli potentsiaalne energia maksimaalne ja kineetilise energia väärtus null, kuna pall ei liigu ja on puhkeasendis. Kõrguse vähenedes väheneb potentsiaalne energia järk-järgult vastavalt. Kui pall jõuab maapinnani, hakkab see veerema; hetkel kineetiline energia suureneb ja potentsiaalne energia on võrdne nulliga.