ბეწვის ენერგიის სახეები. გავიხსენოთ ფიზიკა: სამუშაო, ენერგია და ძალა. ენერგიის ტიპები - კაცობრიობისთვის ცნობილი ენერგიის ტიპები

მექანიკაში არსებობს ორი სახის ენერგია: კინეტიკური და პოტენციური. Კინეტიკური ენერგიაუწოდეთ ნებისმიერი თავისუფლად მოძრავი სხეულის მექანიკური ენერგია და გაზომეთ იგი იმ სამუშაოთი, რომელიც სხეულს შეუძლია შეასრულოს, როდესაც ის შენელდება სრულ გაჩერებამდე.
მიეცით სხეული IN, მოძრაობს სიჩქარით ვ, იწყებს სხვა სხეულთან ურთიერთობას თანდა ამავე დროს ანელებს. ამიტომ სხეული INგავლენას ახდენს სხეულზე თანგარკვეული ძალით ფდა ბილიკის ელემენტარულ მონაკვეთზე დსმუშაობს

ნიუტონის მესამე კანონის მიხედვით, B სხეულზე ერთდროულად მოქმედებს ძალა -ფ, რომლის ტანგენტური კომპონენტი -F τიწვევს სხეულის სიჩქარის რიცხვითი მნიშვნელობის ცვლილებას. ნიუტონის მეორე კანონის მიხედვით

აქედან გამომდინარე,

სხეულის მიერ შესრულებული სამუშაო სრულ გაჩერებამდე არის:

ამრიგად, მთარგმნელობით მოძრავი სხეულის კინეტიკური ენერგია უდრის ამ სხეულის მასის ნამრავლის ნახევარს მისი სიჩქარის კვადრატში:

(3.7)

ფორმულიდან (3.7) ცხადია, რომ სხეულის კინეტიკური ენერგია არ შეიძლება იყოს უარყოფითი ( ეკ ≥ 0).
თუ სისტემა შედგება ნთანდათანობით მოძრავი სხეულები, შემდეგ მის შესაჩერებლად აუცილებელია თითოეული ამ ორგანოს დამუხრუჭება. ამრიგად, მექანიკური სისტემის მთლიანი კინეტიკური ენერგია უდრის მასში შემავალი ყველა სხეულის კინეტიკური ენერგიის ჯამს:

(3.8)

ფორმულიდან (3.8) ცხადია, რომ ეკდამოკიდებულია მხოლოდ მასში შემავალი სხეულების მასების სიდიდესა და მოძრაობის სიჩქარეზე. ამ შემთხვევაში არ აქვს მნიშვნელობა სხეულის მასას მ ისიჩქარე მოიპოვა ν i. Სხვა სიტყვებით, სისტემის კინეტიკური ენერგია არის მისი მოძრაობის მდგომარეობის ფუნქცია.
სიჩქარეები ν iმნიშვნელოვნად არის დამოკიდებული საცნობარო სისტემის არჩევანზე. (3.7) და (3.8) ფორმულების გამოყვანისას ჩავთვალეთ, რომ მოძრაობა განიხილება ინერციულ საცნობარო ჩარჩოში, ვინაიდან სხვაგვარად ნიუტონის კანონები ვერ გამოიყენებოდა. თუმცა, სხვადასხვა ინერციულ საცნობარო სისტემებში, რომლებიც მოძრაობენ ერთმანეთთან შედარებით, სიჩქარე ν i მესისტემის ორგანო და, შესაბამისად, მისი ეკიდა მთელი სისტემის კინეტიკური ენერგია არ იქნება იგივე. ამრიგად, სისტემის კინეტიკური ენერგია დამოკიდებულია საცნობარო ჩარჩოს არჩევანზე, ე.ი. არის რაოდენობა ნათესავი.
Პოტენციური ენერგია- ეს არის სხეულთა სისტემის მექანიკური ენერგია, რომელიც განისაზღვრება მათი ფარდობითი პოზიციით და მათ შორის ურთიერთქმედების ძალების ბუნებით.
რიცხობრივად, სისტემის პოტენციური ენერგია მის მოცემულ პოზიციაზე უდრის სამუშაოს, რომელსაც შეასრულებენ სისტემაზე მოქმედი ძალები, როდესაც სისტემა გადაადგილდება ამ პოზიციიდან იქამდე, სადაც პოტენციური ენერგია პირობითად ითვლება ნულამდე ( E n= 0). "პოტენციური ენერგიის" კონცეფცია ეხება მხოლოდ კონსერვატიულ სისტემებს, ე.ი. სისტემები, რომლებშიც მოქმედი ძალების მუშაობა დამოკიდებულია მხოლოდ სისტემის საწყის და საბოლოო პოზიციებზე. ასე რომ, ტვირთის ასაწონად პ, სიმაღლეზე აწეული თ, პოტენციური ენერგია ტოლი იქნება En = Ph (E n= 0 at თ= 0); ზამბარაზე მიმაგრებული ტვირთისთვის, E n = kΔl 2 / 2, სად Δl- ზამბარის გახანგრძლივება (შეკუმშვა), კ- მისი სიხისტის კოეფიციენტი ( E n= 0 at ლ= 0); ორი მასის მქონე ნაწილაკისთვის მ 1და მ 2მიზიდული უნივერსალური მიზიდულობის კანონით, , სად γ - გრავიტაციული მუდმივი, რ- ნაწილაკებს შორის მანძილი ( E n= 0 at რ → ∞).
განვიხილოთ დედამიწის სისტემის - მასის სხეულის პოტენციური ენერგია მ, სიმაღლეზე აწეული თდედამიწის ზედაპირის ზემოთ. ასეთი სისტემის პოტენციური ენერგიის შემცირება იზომება გრავიტაციული ძალების მუშაობით, რომლებიც შესრულებულია სხეულის თავისუფალი დაცემის დროს დედამიწაზე. თუ სხეული ვერტიკალურად ეცემა, მაშინ

სად E არა– სისტემის პოტენციური ენერგია ზე თ= 0 ("-" ნიშანი მიუთითებს, რომ სამუშაო შესრულებულია პოტენციური ენერგიის დაკარგვის გამო).
თუ იგივე სხეული ეცემა სიგრძის დახრილ სიბრტყეში ლდა დახრილობის კუთხით α ვერტიკალურზე ( lcosα = თ), მაშინ გრავიტაციული ძალების მიერ შესრულებული სამუშაო უდრის წინა მნიშვნელობას:

თუ, საბოლოოდ, სხეული მოძრაობს თვითნებური მრუდი ტრაექტორიის გასწვრივ, მაშინ ჩვენ შეგვიძლია წარმოვიდგინოთ ეს მრუდი, რომელიც შედგება ნმცირე სწორი სექციები Δl i. გრავიტაციული ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო თითოეულ ამ მონაკვეთზე ტოლია

მთელი მრუდი ბილიკის გასწვრივ, გრავიტაციული ძალების მიერ შესრულებული სამუშაო აშკარად ტოლია:

ასე რომ, გრავიტაციული ძალების მუშაობა დამოკიდებულია მხოლოდ ბილიკის საწყისი და დასასრული წერტილების სიმაღლეების განსხვავებაზე.
ამრიგად, ძალების პოტენციურ (კონსერვატიულ) ველში მყოფ სხეულს აქვს პოტენციური ენერგია. სისტემის კონფიგურაციის უსასრულო ცვლილებით, კონსერვატიული ძალების მუშაობა უდრის მინუს ნიშნით აღებული პოტენციური ენერგიის ზრდას, რადგან სამუშაო შესრულებულია პოტენციური ენერგიის შემცირების გამო:

თავის მხრივ, მუშაობა dAგამოხატული, როგორც ძალის წერტილის ნამრავლი ფმოძრაობა Drასე რომ, ბოლო გამონათქვამი შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:

(3.9)

ამიტომ, თუ ფუნქცია ცნობილია E n (r), შემდეგ გამონათქვამიდან (3.9) შეგიძლიათ იპოვოთ ძალა ფმოდულისა და მიმართულების მიხედვით.
კონსერვატიული ძალებისთვის

ან ვექტორული სახით

სად

(3.10)

გამოსახულებით (3.10) განსაზღვრული ვექტორი ეწოდება სკალარული ფუნქციის გრადიენტი P; მე, ჯ, კ- კოორდინატთა ღერძების ერთეული ვექტორები (ორტები).
ფუნქციის სპეციფიკური ტიპი პ(ჩვენს შემთხვევაში E n) დამოკიდებულია ძალის ველის ბუნებაზე (გრავიტაციული, ელექტროსტატიკური და ა.შ.), როგორც ზემოთ იყო ნაჩვენები.
მთლიანი მექანიკური ენერგია Wსისტემა უდრის მისი კინეტიკური და პოტენციური ენერგიების ჯამს:

სისტემის პოტენციური ენერგიის განსაზღვრებიდან და განხილული მაგალითებიდან ირკვევა, რომ ეს ენერგია, ისევე როგორც კინეტიკური ენერგია, არის სისტემის მდგომარეობის ფუნქცია: ეს დამოკიდებულია მხოლოდ სისტემის კონფიგურაციაზე და მის პოზიციაზე. გარე სხეულებზე. შესაბამისად, სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგიაც სისტემის მდგომარეობის ფუნქციაა, ე.ი. დამოკიდებულია მხოლოდ სისტემის ყველა სხეულის პოზიციასა და სიჩქარეზე.

არსებობს მექანიკური ენერგიის ორი ტიპი - წერტილის სხეულის კინეტიკური ენერგია და სხეულთა სისტემის პოტენციური ენერგია. სხეულთა სისტემის მექანიკური ენერგია უდრის ამ სისტემაში შემავალი სხეულების კინეტიკური ენერგიის ჯამს და მათი ურთიერთქმედების პოტენციურ ენერგიებს:

მექანიკური ენერგია = კინეტიკური ენერგია + პოტენციური ენერგია

Ეს არის მნიშვნელოვანი მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი:
ინერციულ საცნობარო სისტემაში სისტემის მექანიკური ენერგია რჩება მუდმივი (არ იცვლება, ინახება) იმ პირობით, რომ შიდა ხახუნის ძალების მუშაობა და გარე ძალების მუშაობა სისტემის სხეულებზე ნულოვანია (ან იმდენად მცირე, რომ ისინი შეიძლება უგულებელყო).

Კინეტიკური ენერგია

როგორც მექანიკური ენერგიის ერთ-ერთი სახეობა, წერტილის სხეულის კინეტიკური ენერგია ტოლია იმ სამუშაოს, რომელიც სხეულს შეუძლია შეასრულოს სხვა სხეულებზე მისი სიჩქარის ნულამდე შემცირებით. ამ შემთხვევაში საუბარია ინერციულ საცნობარო სისტემებზე (IRS).

წერტილის სხეულის კინეტიკური ენერგია გამოითვლება ფორმულის გამოყენებით K = (mv 2) / 2.

სხეულის კინეტიკური ენერგია იზრდება, როდესაც მასზე კეთდება დადებითი მუშაობა. უფრო მეტიც, ის იზრდება ამ სამუშაოს მოცულობით. როდესაც სხეულზე უარყოფითი მუშაობა ხორციელდება, მისი კინეტიკური ენერგია მცირდება ამ სამუშაოს მოდულის ტოლი რაოდენობით. კინეტიკური ენერგიის კონსერვაცია (მისი ცვლილებების არარსებობა) ამბობს, რომ სხეულზე შესრულებული სამუშაო ნულის ტოლი იყო.

Პოტენციური ენერგია

პოტენციური ენერგია არის მექანიკური ენერგიის სახეობა, რომელიც შეიძლება ფლობდეს მხოლოდ სხეულთა სისტემებს ან სხეულებს, რომლებიც განიხილება ნაწილების სისტემებად, მაგრამ არა ერთი წერტილიანი სხეულით. სხვადასხვა სისტემის პოტენციური ენერგია განსხვავებულად გამოითვლება.

სხეულთა სისტემა ხშირად განიხილება "სხეული - დედამიწა", როდესაც სხეული მდებარეობს პლანეტის (ამ შემთხვევაში დედამიწის) ზედაპირთან ახლოს და იზიდავს მას გრავიტაციის გავლენით. ამ შემთხვევაში, პოტენციური ენერგია უდრის გრავიტაციის მიერ შესრულებულ სამუშაოს, როდესაც სხეული დაშვებულია ნულოვან სიმაღლეზე (h = 0):

სხეული-დედამიწის სისტემის პოტენციური ენერგია მცირდება, როდესაც პოზიტიური სამუშაო ხორციელდება გრავიტაციით. ამავდროულად მცირდება სხეულის სიმაღლე (h) დედამიწის ზემოთ. სიმაღლის მატებასთან ერთად, გრავიტაცია ახდენს უარყოფით მუშაობას და სისტემის პოტენციური ენერგია იზრდება. თუ სიმაღლე არ იცვლება, მაშინ პოტენციური ენერგია შენარჩუნებულია.

პოტენციური ენერგიის მქონე სისტემის კიდევ ერთი მაგალითია სხვა სხეულის მიერ ელასტიურად დეფორმირებული ზამბარა. ზამბარას აქვს პოტენციური ენერგია, რადგან ის არის ურთიერთმოქმედი ნაწილების (ნაწილაკების) სისტემა, რომელიც ცდილობს ზამბარის საწყის მდგომარეობაში დაბრუნებას, ანუ ზამბარას აქვს დრეკადი ძალა.

ელასტიური ძალები ასრულებენ მუშაობას, როდესაც სხეული გადადის დეფორმირებულ მდგომარეობაში, რომელშიც პოტენციური ენერგია ხდება ნულის ტოლი. (ყველა სისტემა ამცირებს პოტენციურ ენერგიას.)

"ზამბარის" სისტემის პოტენციური ენერგია განისაზღვრება ფორმულით P = 0.5k · Δl 2, სადაც k არის ზამბარის სიმტკიცე, Δl არის ზამბარის სიგრძის ცვლილება (შეკუმშვის ან გაჭიმვის შედეგად) .

დეფორმირებულ მდგომარეობაში მყოფ ზამბარას აქვს ნულოვანი პოტენციური ენერგია. იმისათვის, რომ სისტემაში გამოჩნდეს პოტენციური ენერგია, გარე ძალებმა უნდა შეასრულონ პოზიტიური მუშაობა ელასტიური ძალების წინააღმდეგ, ანუ შიდა პოტენციური ძალების წინააღმდეგ.

მექანიკური ენერგია ორი ტიპისაა: კინეტიკურიდა პოტენციალი.კინეტიკური ენერგია (ანუ მოძრაობის ენერგია) განისაზღვრება მოცემული სხეულების მასებითა და სიჩქარით. პოტენციური ენერგია (ან პოზიციის ენერგია) დამოკიდებულია ერთმანეთთან ურთიერთქმედების სხეულების ფარდობით პოზიციაზე (კონფიგურაციაზე).

სამუშაო განისაზღვრება, როგორც ძალისა და გადაადგილების ვექტორების სკალარული ნამრავლი. ორი ვექტორის სკალარული ნამრავლი არის ამ ვექტორების მოდულების ნამრავლისა და მათ შორის კუთხის კოსინუსის ტოლი სკალარი.

ენერგიისა და მუშაობის ცნებები მჭიდრო კავშირშია ერთმანეთთან.

ნაწილაკების კინეტიკური ენერგია

იმის გათვალისწინებით, რომ პროდუქტი mV უდრის ნაწილაკების იმპულსის p მოდულს, გამოხატულებას (4) შეიძლება მიეცეს ფორმა

თუ ნაწილაკზე მოქმედი F ძალა არ არის ნულოვანი, კინეტიკური ენერგია მიიღებს ზრდას დროში dt.

სადაც დ ს- ნაწილაკების მოძრაობა dt დროის განმავლობაში.

მაგნიტუდა

დაურეკა მუშაობა, დამზადებულია ძალით F ბილიკზე ds (ds არის გადაადგილების მოდული d ს).

(5)-დან გამომდინარეობს, რომ სამუშაო ახასიათებს კინეტიკური ენერგიის ცვლილებას, რომელიც გამოწვეულია მოძრავ ნაწილაკზე ძალის მოქმედებით.

თუ dA = Fds, a, მაშინ

მოდით გავაერთიანოთ ტოლობის ორივე მხარე (6) ნაწილაკების ტრაექტორიის გასწვრივ 1 წერტილიდან 2 წერტილამდე:

შედეგად მიღებული თანასწორობის მარცხენა მხარე წარმოადგენს ნაწილაკების კინეტიკური ენერგიის ზრდას:

მარჯვენა მხარე არის F ძალის A12 სამუშაო 1-2 გზაზე:

ამრიგად, ჩვენ მივედით ურთიერთობაზე

საიდანაც გამომდინარეობს, რომ ნაწილაკზე მოქმედი ყველა ძალის შედეგად მიღებული მუშაობა მიდის ნაწილაკების კინეტიკური ენერგიის გაზრდისკენ.

კონსერვატიული ძალები

ძალები, რომელთა მუშაობა არ არის დამოკიდებული იმ გზაზე, რომლითაც ნაწილაკი მოძრაობდა, არამედ დამოკიდებულია მხოლოდ ნაწილაკების საწყის და საბოლოო პოზიციებზე, ე.წ. კონსერვატიული.

ადვილია იმის ჩვენება, რომ ძალების მიერ შესრულებული სამუშაო ნებისმიერ დახურულ გზაზე ნულის ტოლია. მოდით გავყოთ თვითნებური დახურული ბილიკი (ნახ. 1) 1 და 2 წერტილებით (ასევე თვითნებურად აღებული) ორ ნაწილად, რომლებიც მითითებულია რომაული ციფრებით I და II. დახურულ გზაზე მუშაობა შედგება ამ განყოფილებებში შესრულებული სამუშაოსგან:

II მონაკვეთის გასწვრივ მოძრაობის მიმართულების შეცვლას თან ახლავს ყველა ელემენტარული გადაადგილების ds ჩანაცვლება -ds-ით, რის შედეგადაც ნიშანი იცვლება საპირისპიროდ. აქედან ვასკვნით, რომ. ჩანაცვლებით (8) მივიღებთ ამას

ნაწარმოების ბილიკის დამოუკიდებლობის გამო, ბოლო გამოხატულება არის ნული. ამრიგად, კონსერვატიული ძალები შეიძლება განისაზღვროს, როგორც ძალები, რომელთა მუშაობა ნებისმიერ დახურულ გზაზე ნულის ტოლია.

Პოტენციური ენერგია

ეს ენერგია განისაზღვრება სხეულის პოზიციით (სიმაღლე, რომელზედაც ის არის აწეული). ამიტომ მას პოზიციის ენერგია ეწოდება. უფრო ხშირად მას პოტენციურ ენერგიას უწოდებენ.

სადაც h იზომება თვითნებური დონიდან.

კინეტიკური ენერგიისგან განსხვავებით, რომელიც ყოველთვის დადებითია, პოტენციური ენერგია შეიძლება იყოს დადებითი ან უარყოფითი.

მიეცით ნაწილაკს გადაადგილება კონსერვატიული ძალების ველში. 1-ლი წერტილიდან მე-2 პუნქტში გადასვლისას მასზე მუშაობა კეთდება

A12 = Ep1-Ep2. (9)

(7) ფორმულის შესაბამისად, ეს ნამუშევარი უდრის ნაწილაკების კინეტიკური ენერგიის ზრდას. ორივე გამონათქვამისთვის სამუშაოდ მივიღებთ კავშირს, საიდანაც ეს გამომდინარეობს

მნიშვნელობა E, რომელიც უდრის კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის ჯამს, ეწოდება ნაწილაკების მთლიანი მექანიკური ენერგია. ფორმულა (10) ნიშნავს, რომ E1=E2, ე.ი. რომელიც არის კონსერვატიული ძალების ველში მოძრავი ნაწილაკის მთლიანი ენერგია. მუდმივი რჩება. ეს განცხადება გამოხატავს მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონიერთი ნაწილაკისგან შემდგარი სისტემისთვის.

ენერგეტიკის კონსერვაციის კანონი

განვიხილოთ სისტემა, რომელიც შედგება N ნაწილაკებისგან, რომლებიც ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან, როგორც კონსერვატიული, ისე არაკონსერვატიული ძალების გავლენის ქვეშ. ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების ძალები მიჩნეულია კონსერვატიულად. მოდით განვსაზღვროთ ნაწილაკებზე შესრულებული სამუშაო სისტემის ერთი ადგილიდან მეორეზე გადატანისას, რასაც თან ახლავს სისტემის კონფიგურაციის ცვლილება.

გარე კონსერვატიული ძალების მუშაობა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს, როგორც სისტემის პოტენციური ენერგიის შემცირება გარე ძალის ველში:

სადაც განისაზღვრება (9) ფორმულით.

შინაგანი ძალების მიერ შესრულებული სამუშაო უდრის ნაწილაკების ურთიერთ პოტენციური ენერგიის შემცირებას:

სად არის სისტემის პოტენციური ენერგია გარე ძალის ველში.

აღვნიშნოთ არაკონსერვატიული ძალების მუშაობა.

ფორმულის (7) მიხედვით, ყველა ძალის მთლიანი მუშაობა იხარჯება Ek სისტემის კინეტიკური ენერგიის გაზრდაზე, რომელიც უდრის ნაწილაკების კინეტიკური ენერგიის ჯამს:

აქედან გამომდინარე,

მოდით დავაჯგუფოთ ამ ურთიერთობის პირობები შემდეგნაირად:

კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის ჯამი წარმოადგენს E სისტემის მთლიან მექანიკურ ენერგიას:

ამრიგად, ჩვენ დავადგინეთ, რომ არაკონსერვატიული ძალების მუშაობა უდრის სისტემის მთლიანი ენერგიის ზრდას:

(11)-დან გამომდინარეობს, რომ იმ შემთხვევაში, როდესაც არ არსებობს არაკონსერვატიული ძალები, სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგია მუდმივი რჩება:

ჩვენ მოვედით მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი, რომელიც აცხადებს, რომ მატერიალური წერტილების სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგია მხოლოდ კონსერვატიული ძალების გავლენის ქვეშ რჩება მუდმივი.

თუ სისტემა დახურულია და ნაწილაკებს შორის ურთიერთქმედების ძალები კონსერვატიულია, მაშინ მთლიანი ენერგია შეიცავს მხოლოდ ორ ტერმინს: (- ნაწილაკების ურთიერთ პოტენციური ენერგია). ამ შემთხვევაში, მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი მდგომარეობს იმაში, რომ მატერიალური წერტილების დახურული სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგია, რომელთა შორის მოქმედებს მხოლოდ კონსერვატიული ძალები, რჩება მუდმივი.

შეხედეთ: ტრასაზე მოძრავი ბურთი ძირს აქცევს ქინძისთავებს და ისინი გვერდებზე იფანტება. ვენტილატორი, რომელიც ახლახან გამორთული იყო, აგრძელებს ბრუნვას გარკვეული დროის განმავლობაში, რაც ქმნის ჰაერის ნაკადს. აქვთ ამ სხეულებს ენერგია?

შენიშვნა: ბურთი და გულშემატკივარი ასრულებენ მექანიკურ მუშაობას, რაც ნიშნავს, რომ მათ აქვთ ენერგია. მათ აქვთ ენერგია, რადგან მოძრაობენ. ფიზიკაში მოძრავი სხეულების ენერგიას უწოდებენ კინეტიკური ენერგია (ბერძნული "კინემადან" - მოძრაობა).

კინეტიკური ენერგია დამოკიდებულია სხეულის მასაზე და მისი მოძრაობის სიჩქარეზე (სივრცეში მოძრაობა ან ბრუნვა).მაგალითად, რაც უფრო დიდია ბურთის მასა, მით მეტ ენერგიას გადასცემს ის ქინძისთავებს დარტყმისას და მით უფრო შორს გაფრინდებიან. მაგალითად, რაც უფრო მაღალია პირების ბრუნვის სიჩქარე, მით უფრო შორს გააგრძელებს ვენტილატორი ჰაერის ნაკადს.

ერთი და იგივე სხეულის კინეტიკური ენერგია შეიძლება განსხვავდებოდეს სხვადასხვა დამკვირვებლის თვალსაზრისისგან.მაგალითად, ჩვენი, როგორც ამ წიგნის მკითხველთა გადმოსახედიდან, გზაზე ღეროს კინეტიკური ენერგია ნულის ტოლია, ვინაიდან ღერო არ მოძრაობს. თუმცა, ველოსიპედისტთან მიმართებაში ღეროს აქვს კინეტიკური ენერგია, რადგან ის სწრაფად უახლოვდება და შეჯახების შემთხვევაში შეასრულებს ძალიან უსიამოვნო მექანიკურ სამუშაოს - ველოსიპედის ნაწილებს დახრის.

ენერგია, რომელსაც სხეულები ან ერთი სხეულის ნაწილები ფლობენ, რადგან ისინი ურთიერთქმედებენ სხვა სხეულებთან (ან სხეულის ნაწილებთან), ფიზიკაში ეწოდება. პოტენციური ენერგია (ლათინური "პოტენციიდან" - ძალა).

მოდით შევხედოთ ნახატს. ასვლისას ბურთს შეუძლია შეასრულოს მექანიკური სამუშაოები, მაგალითად, ხელისგულის ამოღება წყლიდან ზედაპირზე. გარკვეულ სიმაღლეზე მოთავსებულ წონას შეუძლია სამუშაოს შესრულება - თხილის გატეხვა. მჭიდროდ გამოწეული მშვილდის ძაფს შეუძლია ისარი გარეთ გამოაგდეს. აქედან გამომდინარე, განხილულ სხეულებს აქვთ პოტენციური ენერგია, რადგან ისინი ურთიერთქმედებენ სხვა სხეულებთან (ან სხეულის ნაწილებთან).მაგალითად, ბურთი წყალთან ურთიერთქმედებს - არქიმედეს ძალა უბიძგებს მას ზედაპირზე. წონა ურთიერთქმედებს დედამიწასთან - გრავიტაცია წევს წონას. სტრიქონი ურთიერთქმედებს მშვილდის სხვა ნაწილებთან - ის იზიდება მრუდი მშვილდის ლილვის ელასტიური ძალით.

სხეულის პოტენციური ენერგია დამოკიდებულია სხეულებს (ან სხეულის ნაწილებს) შორის ურთიერთქმედების სიძლიერესა და მათ შორის მანძილს.მაგალითად, რაც უფრო დიდია არქიმედეს ძალა და რაც უფრო ღრმად არის ჩაძირული ბურთი წყალში, მით მეტია მიზიდულობის ძალა და რაც უფრო შორს არის წონა დედამიწიდან, მით მეტია დრეკადობის ძალა და რაც უფრო შორს იწევს ძაფი, მით უფრო დიდია. სხეულების პოტენციური ენერგიები: ბურთი, წონა, მშვილდი (შესაბამისად).

ერთი და იგივე სხეულის პოტენციური ენერგია შეიძლება განსხვავებული იყოს სხვადასხვა სხეულებთან მიმართებაში.დააკვირდით სურათს. როდესაც წონა ეცემა თითოეულ კაკალს, ნახავთ, რომ მეორე თხილის ფრაგმენტები ბევრად უფრო შორს გაფრინდება, ვიდრე პირველის ფრაგმენტები. მაშასადამე, თხილის 1-თან მიმართებაში წონას აქვს ნაკლები პოტენციური ენერგია, ვიდრე თხილის 2-თან მიმართებაში. მნიშვნელოვანია: კინეტიკური ენერგიისგან განსხვავებით, პოტენციური ენერგია არ არის დამოკიდებული დამკვირვებლის პოზიციაზე და მოძრაობაზე, არამედ დამოკიდებულია ენერგიის „ნულოვანი დონის“ არჩევანზე.

ამ სტატიის მიზანია გამოავლინოს "მექანიკური ენერგიის" კონცეფციის არსი. ფიზიკა ფართოდ იყენებს ამ კონცეფციას როგორც პრაქტიკულად, ასევე თეორიულად.

მუშაობა და ენერგია

მექანიკური მუშაობა შეიძლება განისაზღვროს, თუ ცნობილია სხეულზე მოქმედი ძალა და სხეულის გადაადგილება. მექანიკური მუშაობის გამოთვლის კიდევ ერთი გზა არსებობს. მოდით შევხედოთ მაგალითს:

ფიგურაში ნაჩვენებია სხეული, რომელიც შეიძლება იყოს სხვადასხვა მექანიკურ მდგომარეობაში (I და II). I მდგომარეობიდან II მდგომარეობამდე სხეულის გადასვლის პროცესს ახასიათებს მექანიკური მუშაობა, ანუ I მდგომარეობიდან II მდგომარეობაზე გადასვლისას სხეულს შეუძლია შეასრულოს სამუშაო. სამუშაოს შესრულებისას იცვლება სხეულის მექანიკური მდგომარეობა, ხოლო მექანიკური მდგომარეობა შეიძლება დახასიათდეს ერთი ფიზიკური სიდიდით – ენერგიით.

ენერგია არის მატერიის მოძრაობის ყველა ფორმის სკალარული ფიზიკური რაოდენობა და მათი ურთიერთქმედების ვარიანტები.

რის ტოლია მექანიკური ენერგია?

მექანიკური ენერგია არის სკალარული ფიზიკური სიდიდე, რომელიც განსაზღვრავს სხეულის მუშაობის უნარს.

A = ∆E

ვინაიდან ენერგია არის სისტემის მდგომარეობის მახასიათებელი დროის გარკვეულ მომენტში, მუშაობა არის სისტემის მდგომარეობის შეცვლის პროცესის მახასიათებელი.

ენერგიასა და მუშაობას აქვთ იგივე საზომი ერთეულები: [A] = [E] = 1 ჯ.

მექანიკური ენერგიის სახეები

მექანიკური თავისუფალი ენერგია იყოფა ორ ტიპად: კინეტიკური და პოტენციური.

Კინეტიკური ენერგიაარის სხეულის მექანიკური ენერგია, რომელიც განისაზღვრება მისი მოძრაობის სიჩქარით.

E k = 1/2 მვ 2

კინეტიკური ენერგია თანდაყოლილია მოძრავი სხეულებისთვის. როცა ჩერდებიან, ასრულებენ მექანიკურ სამუშაოებს.

სხვადასხვა საცნობარო სისტემაში ერთი და იგივე სხეულის სიჩქარე დროის თვითნებურ მომენტში შეიძლება იყოს განსხვავებული. მაშასადამე, კინეტიკური ენერგია არის ფარდობითი სიდიდე, რომელიც განისაზღვრება საცნობარო სისტემის არჩევით.

თუ ძალა (ან რამდენიმე ძალა ერთდროულად) მოქმედებს სხეულზე მოძრაობის დროს, სხეულის კინეტიკური ენერგია იცვლება: სხეული აჩქარებს ან ჩერდება. ამ შემთხვევაში, ძალის მუშაობა ან ყველა ძალის შედეგის მუშაობა, რომელიც გამოიყენება სხეულზე, უდრის კინეტიკური ენერგიების სხვაობას:

A = E k1 - E k 2 = ∆E k

ამ განცხადებას და ფორმულას მიენიჭა სახელი - კინეტიკური ენერგიის თეორემა.

Პოტენციური ენერგიადაასახელეთ სხეულებს შორის ურთიერთქმედებით გამოწვეული ენერგია.

როცა სხეული იწონის მმაღლიდან თსიმძიმის ძალა ასრულებს მუშაობას. ვინაიდან მუშაობა და ენერგიის ცვლილება დაკავშირებულია განტოლებით, შეგვიძლია დავწეროთ ფორმულა სხეულის პოტენციური ენერგიისთვის გრავიტაციულ ველში:

Ep = მგ.სთ

კინეტიკური ენერგიისგან განსხვავებით ეკპოტენციალი E გვშეიძლება ჰქონდეს უარყოფითი მნიშვნელობა, როდესაც თ<0 (მაგალითად, ჭაბურღილის ფსკერზე მწოლიარე სხეული).

მექანიკური პოტენციური ენერგიის კიდევ ერთი ტიპია დაძაბულობის ენერგია. შეკუმშულია მანძილზე xგაზაფხული სიმკაცრით კაქვს პოტენციური ენერგია (ძაბვის ენერგია):

E p = 1/2 kx 2

დეფორმაციის ენერგიამ ფართო გამოყენება ჰპოვა პრაქტიკაში (სათამაშოები), ტექნოლოგიაში - ავტომატურ მანქანებში, რელეებში და სხვა.

E = E p + E k

მთლიანი მექანიკური ენერგიასხეულები ენერგიების ჯამს უწოდებენ: კინეტიკური და პოტენციური.

მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი

ინგლისელი ფიზიკოსის ჯულისა და გერმანელი ფიზიკოსის მაიერის მიერ XIX საუკუნის შუა ხანებში ჩატარებულმა ზოგიერთმა ყველაზე ზუსტმა ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ ენერგიის რაოდენობა დახურულ სისტემებში უცვლელი რჩება. ის მხოლოდ ერთი სხეულიდან მეორეზე გადადის. ეს კვლევები დაეხმარა აღმოჩენას ენერგიის შენარჩუნების კანონი:

სხეულთა იზოლირებული სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგია მუდმივი რჩება სხეულების ერთმანეთთან ურთიერთქმედებისას.

იმპულსისგან განსხვავებით, რომელსაც არ აქვს ეკვივალენტური ფორმა, ენერგიას აქვს მრავალი ფორმა: მექანიკური, თერმული, მოლეკულური მოძრაობის ენერგია, ელექტრული ენერგია მუხტის ურთიერთქმედების ძალებით და სხვა. ენერგიის ერთი ფორმა შეიძლება გარდაიქმნას მეორეში, მაგალითად, კინეტიკური ენერგია გარდაიქმნება თერმულ ენერგიად მანქანის დამუხრუჭების პროცესში. თუ არ არის ხახუნის ძალები და არ წარმოიქმნება სითბო, მაშინ მთლიანი მექანიკური ენერგია არ იკარგება, მაგრამ მუდმივი რჩება სხეულების მოძრაობის ან ურთიერთქმედების პროცესში:

E = E p + E k = კონსტ

როდესაც სხეულებს შორის ხახუნის ძალა მოქმედებს, მაშინ ხდება მექანიკური ენერგიის დაქვეითება, თუმცა, ამ შემთხვევაშიც კი არ იკარგება უკვალოდ, არამედ იქცევა თერმულ (შინაგანად). თუ გარე ძალა ასრულებს მუშაობას დახურულ სისტემაზე, მაშინ მექანიკური ენერგია იზრდება ამ ძალის მიერ შესრულებული სამუშაოს რაოდენობით. თუ დახურული სისტემა ასრულებს მუშაობას გარე სხეულებზე, მაშინ სისტემის მექანიკური ენერგია მცირდება მის მიერ შესრულებული სამუშაოს რაოდენობით.
თითოეული ტიპის ენერგია შეიძლება მთლიანად გარდაიქმნას ნებისმიერ სხვა ტიპის ენერგიად.