ประเภทของพลังงานขน มาจำฟิสิกส์กัน: งาน พลังงาน และกำลัง ประเภทของพลังงาน - ประเภทของพลังงานที่มนุษย์รู้จัก

ในกลศาสตร์ พลังงานมีสองประเภท: จลน์และศักย์ไฟฟ้า พลังงานจลน์เรียกพลังงานกลของร่างกายที่เคลื่อนไหวอย่างอิสระและวัดจากงานที่ร่างกายสามารถทำได้เมื่อมันช้าลงจนหยุดสนิท
ให้ร่างกาย ใน,เคลื่อนที่ด้วยความเร็ว โวลต์เริ่มมีปฏิสัมพันธ์กับร่างอื่น กับและในขณะเดียวกันก็ช้าลง เพราะฉะนั้นร่างกาย ในส่งผลกระทบต่อร่างกาย กับด้วยกำลังบางอย่าง เอฟและบนเส้นทางเบื้องต้น ดีเอสไม่ทำงาน

ตามกฎข้อที่สามของนิวตัน วัตถุ B จะถูกกระทำด้วยแรงไปพร้อมๆ กัน -ฟซึ่งเป็นองค์ประกอบแทนเจนต์ของสิ่งนั้น -ฟ τทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าตัวเลขความเร็วของร่างกาย ตามกฎข้อที่สองของนิวตัน

เพราะฉะนั้น,

งานที่ร่างกายทำจนหยุดสนิทคือ:

ดังนั้น พลังงานจลน์ของวัตถุที่เคลื่อนไหวแบบแปลนจะเท่ากับครึ่งหนึ่งของผลคูณของมวลของวัตถุนี้ด้วยกำลังสองของความเร็ว:

(3.7)

จากสูตร (3.7) เห็นได้ชัดว่าพลังงานจลน์ของร่างกายไม่สามารถเป็นลบได้ ( เอก ≥ 0).
หากระบบประกอบด้วย nวัตถุเคลื่อนที่ไปเรื่อย ๆ จากนั้นจึงจำเป็นต้องเบรกแต่ละวัตถุเหล่านี้เพื่อหยุด ดังนั้น พลังงานจลน์ทั้งหมดของระบบเครื่องกลจึงเท่ากับผลรวมของพลังงานจลน์ของวัตถุทั้งหมดที่รวมอยู่ในนั้น:

(3.8)

จากสูตร (3.8) ชัดเจนว่า เอกขึ้นอยู่กับขนาดของมวลและความเร็วในการเคลื่อนที่ของวัตถุที่รวมอยู่ในนั้นเท่านั้น ในกรณีนี้ไม่สำคัญว่ามวลกายจะเป็นอย่างไร ฉันได้รับความเร็ว ν ฉัน. กล่าวอีกนัยหนึ่ง พลังงานจลน์ของระบบเป็นหน้าที่ของสถานะการเคลื่อนที่ของมัน.
ความเร็ว ν ฉันขึ้นอยู่กับการเลือกระบบอ้างอิงอย่างมาก เมื่อได้สูตร (3.7) และ (3.8) ถือว่าการเคลื่อนที่นั้นพิจารณาในกรอบอ้างอิงเฉื่อย เนื่องจาก มิฉะนั้นจะไม่สามารถใช้กฎของนิวตันได้ อย่างไรก็ตาม ในระบบอ้างอิงเฉื่อยที่ต่างกันจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กันซึ่งจะมีความเร็ว ν ฉัน ฉันร่างกายของระบบ และผลที่ตามมาก็คือมัน เอกิและพลังงานจลน์ของทั้งระบบจะไม่เท่ากัน ดังนั้นพลังงานจลน์ของระบบจึงขึ้นอยู่กับการเลือกกรอบอ้างอิง เช่น คือปริมาณ ญาติ.
พลังงานศักย์- นี่คือพลังงานกลของระบบของร่างกายซึ่งกำหนดโดยตำแหน่งสัมพัทธ์และลักษณะของแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างพวกมัน
ในเชิงตัวเลขพลังงานศักย์ของระบบในตำแหน่งที่กำหนดนั้นเท่ากับงานที่จะทำโดยแรงที่กระทำต่อระบบเมื่อย้ายระบบจากตำแหน่งนี้ไปยังตำแหน่งที่พลังงานศักย์ถูกสันนิษฐานตามอัตภาพว่าเป็นศูนย์ ( เอ็น= 0) แนวคิดเรื่อง “พลังงานศักย์” ใช้กับระบบอนุรักษ์นิยมเท่านั้น เช่น ระบบซึ่งการทำงานของผู้รักษาการขึ้นอยู่กับตำแหน่งเริ่มต้นและตำแหน่งสุดท้ายของระบบเท่านั้น ดังนั้นสำหรับการชั่งน้ำหนักโหลด ป, ยกให้สูงขึ้น ชม.พลังงานศักย์จะเท่ากัน เอ็น = ปริญญาเอก (เอ็น= 0 ณ ชม.= 0); สำหรับการรับน้ำหนักที่ติดอยู่กับสปริง E n = kΔl 2/2, ที่ไหน ∆ลิตร- การยืดตัว (การบีบอัด) ของสปริง เค– ค่าสัมประสิทธิ์ความแข็ง ( เอ็น= 0 ณ ล= 0); สำหรับอนุภาคสองตัวที่มีมวล ม. 1และ ม. 2ถูกดึงดูดด้วยกฎแรงโน้มถ่วงสากล , ที่ไหน γ – ค่าคงที่แรงโน้มถ่วง ร– ระยะห่างระหว่างอนุภาค ( เอ็น= 0 ณ ร → ∞).
พิจารณาพลังงานศักย์ของระบบโลกซึ่งเป็นมวลสาร ม, ยกให้สูงขึ้น ชม.เหนือพื้นผิวโลก การลดลงของพลังงานศักย์ของระบบดังกล่าววัดโดยการทำงานของแรงโน้มถ่วงที่เกิดขึ้นระหว่างการตกอย่างอิสระของร่างกายสู่พื้นโลก หากร่างกายล้มลงในแนวตั้งแล้ว

ที่ไหน อี ไม่– พลังงานศักย์ของระบบที่ ชม.= 0 (เครื่องหมาย “-” ระบุว่างานเสร็จสิ้นเนื่องจากการสูญเสียพลังงานศักย์)
หากร่างเดียวกันล้มลงในระนาบที่มีความยาวลาดเอียง ลและมีมุมเอียง α ถึงแนวตั้ง ( โลโคสα = ชั่วโมง) ดังนั้นงานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงจะเท่ากับค่าก่อนหน้า:

หากในที่สุดร่างกายเคลื่อนไปตามวิถีโค้งที่กำหนด เราก็สามารถจินตนาการถึงเส้นโค้งนี้ที่ประกอบด้วย nส่วนตรงขนาดเล็ก Δl ฉัน. งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงในแต่ละส่วนจะเท่ากับ

ตลอดเส้นทางโค้ง งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงจะเท่ากับ:

ดังนั้นการทำงานของแรงโน้มถ่วงจึงขึ้นอยู่กับความแตกต่างของความสูงของจุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุดของเส้นทางเท่านั้น
ดังนั้นวัตถุที่อยู่ในสนามพลังที่มีศักยภาพ (อนุรักษ์นิยม) จึงมีพลังงานศักย์ ด้วยการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าของระบบเพียงเล็กน้อย งานของแรงอนุรักษ์จะเท่ากับการเพิ่มขึ้นของพลังงานศักย์ที่มีเครื่องหมายลบ เนื่องจากงานเสร็จสิ้นเนื่องจากพลังงานศักย์ลดลง:

ในทางกลับกันทำงาน ดีเอแสดงเป็นผลคูณดอทของแรง เอฟย้าย ดรจึงสามารถเขียนนิพจน์สุดท้ายได้ดังนี้:

(3.9)

ดังนั้นหากทราบฟังก์ชันแล้ว อี (r)จากนั้นจากนิพจน์ (3.9) เราสามารถหาแรงได้ เอฟตามโมดูลและทิศทาง
สำหรับกองกำลังอนุรักษ์นิยม

หรือในรูปแบบเวกเตอร์

ที่ไหน

(3.10)

เวกเตอร์ที่กำหนดโดยนิพจน์ (3.10) เรียกว่า เกรเดียนต์ของฟังก์ชันสเกลาร์ P; ฉัน เจ เค- เวกเตอร์หน่วยของแกนพิกัด (orts)
ประเภทของฟังก์ชันเฉพาะ ป(ในกรณีของเรา เอ็น) ขึ้นอยู่กับลักษณะของสนามแรง (ความโน้มถ่วง ไฟฟ้าสถิต ฯลฯ) ดังที่แสดงไว้ข้างต้น
พลังงานกลทั้งหมด Wระบบมีค่าเท่ากับผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์:

จากคำจำกัดความของพลังงานศักย์ของระบบและตัวอย่างที่พิจารณา เป็นที่ชัดเจนว่าพลังงานนี้ เช่นเดียวกับพลังงานจลน์ เป็นฟังก์ชันของสถานะของระบบ ขึ้นอยู่กับการกำหนดค่าของระบบและตำแหน่งที่สัมพันธ์กันเท่านั้น สู่ร่างกายภายนอก ดังนั้นพลังงานกลทั้งหมดของระบบจึงเป็นหน้าที่ของสถานะของระบบด้วย กล่าวคือ ขึ้นอยู่กับตำแหน่งและความเร็วของวัตถุทั้งหมดในระบบเท่านั้น

มีอยู่ พลังงานกลสองประเภท - พลังงานจลน์ของวัตถุจุดและพลังงานศักย์ของระบบของวัตถุ. พลังงานกลของระบบวัตถุเท่ากับผลรวมของพลังงานจลน์ของร่างกายที่รวมอยู่ในระบบนี้และพลังงานศักย์ของการปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน:

พลังงานกล = พลังงานจลน์ + พลังงานศักย์

มันเป็นสิ่งสำคัญ กฎการอนุรักษ์พลังงานกล:
ในกรอบอ้างอิงเฉื่อย พลังงานกลของระบบยังคงที่ (ไม่เปลี่ยนแปลง ถูกสงวนไว้) โดยมีเงื่อนไขว่าการทำงานของแรงเสียดทานภายในและการทำงานของแรงภายนอกบนตัวของระบบนั้นเป็นศูนย์ (หรือน้อยมากจน สามารถละเลยได้)

พลังงานจลน์

เนื่องจากพลังงานกลประเภทหนึ่ง พลังงานจลน์ของวัตถุจุดจึงเท่ากับงานที่ร่างกายสามารถทำได้บนวัตถุอื่นโดยการลดความเร็วให้เป็นศูนย์ ในกรณีนี้ เรากำลังพูดถึงระบบอ้างอิงเฉื่อย (IRS)

พลังงานจลน์ของตัวจุดคำนวณโดยใช้สูตร K = (mv 2) / 2

พลังงานจลน์ของร่างกายจะเพิ่มขึ้นเมื่อการทำงานเชิงบวกเสร็จสิ้น แถมยังเพิ่มขึ้นตามปริมาณงานนี้ด้วย เมื่อทำงานเชิงลบกับร่างกาย พลังงานจลน์ของมันจะลดลงตามจำนวนเท่ากับโมดูลัสของงานนี้ การอนุรักษ์พลังงานจลน์ (ไม่มีการเปลี่ยนแปลง) บอกว่างานที่ทำในร่างกายมีค่าเท่ากับศูนย์

พลังงานศักย์

พลังงานศักย์คือพลังงานกลประเภทหนึ่งที่สามารถครอบครองได้โดยระบบของร่างกายหรือร่างกายที่ถือว่าเป็นระบบของชิ้นส่วนเท่านั้น แต่ไม่ใช่โดยร่างกายจุดเดียว พลังงานศักย์ของระบบต่างๆ มีการคำนวณต่างกัน

ระบบของร่างกายที่มักถูกพิจารณาว่าคือ "ร่างกาย – โลก" เมื่อวัตถุตั้งอยู่ใกล้พื้นผิวของดาวเคราะห์ (ในกรณีนี้คือโลก) และถูกดึงดูดเข้ามาภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ในกรณีนี้ พลังงานศักย์เท่ากับงานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงเมื่อร่างกายถูกลดความสูงลงจนเหลือความสูงเป็นศูนย์ (h = 0):

พลังงานศักย์ของระบบร่างกาย-โลกจะลดลงเมื่อการทำงานเชิงบวกเกิดขึ้นจากแรงโน้มถ่วง ในขณะเดียวกัน ความสูง (h) ของร่างกายเหนือโลกก็ลดลง เมื่อระดับความสูงเพิ่มขึ้น แรงโน้มถ่วงจะทำงานเชิงลบ และพลังงานศักย์ของระบบจะเพิ่มขึ้น หากความสูงไม่เปลี่ยนแปลง พลังงานศักย์ก็จะยังคงอยู่

อีกตัวอย่างหนึ่งของระบบที่มีพลังงานศักย์คือสปริงที่เปลี่ยนรูปอย่างยืดหยุ่นโดยวัตถุอื่น สปริงมีพลังงานศักย์ เนื่องจากเป็นระบบของชิ้นส่วน (อนุภาค) ที่มีปฏิสัมพันธ์กัน ซึ่งพยายามทำให้สปริงกลับสู่สภาพเดิม กล่าวคือ สปริงมีแรงยืดหยุ่น

แรงยืดหยุ่นจะทำงานเมื่อร่างกายเปลี่ยนไปสู่สภาวะที่ไม่มีรูปร่าง ซึ่งพลังงานศักย์จะเท่ากับศูนย์ (ทุกระบบมีแนวโน้มที่จะลดพลังงานศักย์ลง)

พลังงานศักย์ของระบบ "สปริง" ถูกกำหนดโดยสูตร P = 0.5k · Δl 2 โดยที่ k คือความแข็งของสปริง Δl คือการเปลี่ยนแปลงความยาวของสปริง (อันเป็นผลมาจากการบีบอัดหรือการยืด) .

สปริงที่อยู่ในสภาพไม่เปลี่ยนรูปจะมีพลังงานศักย์เป็นศูนย์ เพื่อให้พลังงานศักย์ปรากฏในระบบ แรงภายนอกจะต้องทำงานเชิงบวกต่อแรงยืดหยุ่น กล่าวคือ ต้านแรงศักย์ภายใน

พลังงานกลมีสองประเภท: จลน์ศาสตร์และ ศักยภาพ.พลังงานจลน์ (หรือพลังงานของการเคลื่อนที่) ถูกกำหนดโดยมวลและความเร็วของวัตถุที่ต้องการ พลังงานศักย์ (หรือพลังงานตำแหน่ง) ขึ้นอยู่กับตำแหน่งสัมพัทธ์ (โครงร่าง) ของร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกัน

งานถูกกำหนดให้เป็นผลคูณสเกลาร์ของแรงและเวกเตอร์การกระจัด ผลคูณสเกลาร์ของเวกเตอร์สองตัวคือสเกลาร์เท่ากับผลคูณของโมดูลัสของเวกเตอร์เหล่านี้และโคไซน์ของมุมระหว่างพวกมัน

แนวคิดเรื่องพลังงานและงานมีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด

พลังงานจลน์ของอนุภาค

เมื่อพิจารณาว่าผลิตภัณฑ์ mV เท่ากับโมดูลัสโมเมนตัมของอนุภาค p จึงสามารถกำหนดนิพจน์ (4) ได้ในรูปแบบ

หากแรง F ที่กระทำต่ออนุภาคไม่เป็นศูนย์ พลังงานจลน์จะเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไป dt

ที่ไหน ส- การเคลื่อนที่ของอนุภาคในช่วงเวลา dt

ขนาด

เรียกว่า งานสร้างขึ้นโดยแรง F บนเส้นทาง ds (ds คือโมดูลการกระจัด d ส).

จาก (5) เป็นไปตามนั้น งานแสดงลักษณะการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์ที่เกิดจากการกระทำของแรงบนอนุภาคที่กำลังเคลื่อนที่

ถ้า dA = Fds, a แล้ว

ลองบูรณาการทั้งสองด้านของความเท่าเทียมกัน (6) ตามวิถีโคจรของอนุภาคจากจุดที่ 1 ถึงจุดที่ 2:

ด้านซ้ายของผลลัพธ์ที่เท่ากันแสดงถึงการเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์ของอนุภาค:

ด้านขวาคืองาน A12 ของแรง F บนเส้นทาง 1-2:

ดังนั้นเราจึงมาถึงความสัมพันธ์แล้ว

ซึ่งเป็นไปตามนั้น ผลลัพธ์ของแรงทั้งหมดที่กระทำต่ออนุภาคจะไปเพิ่มพลังงานจลน์ของอนุภาค

กองกำลังอนุรักษ์นิยม

แรงที่ทำงานไม่ขึ้นอยู่กับเส้นทางที่อนุภาคเคลื่อนที่ แต่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งเริ่มต้นและสุดท้ายของอนุภาคเท่านั้นเรียกว่า ซึ่งอนุรักษ์นิยม.

เป็นเรื่องง่ายที่จะแสดงให้เห็นว่างานที่ทำโดยแรงบนเส้นทางปิดใดๆ จะเป็นศูนย์ ให้เราแบ่งเส้นทางปิดตามอำเภอใจ (รูปที่ 1) ด้วยจุดที่ 1 และ 2 (และนำมาโดยพลการด้วย) ออกเป็นสองส่วน กำหนดโดยเลขโรมัน I และ II งานบนเส้นทางปิดประกอบด้วยงานที่ดำเนินการในส่วนเหล่านี้:

การเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนที่ตามส่วนที่ II ไปในทิศทางตรงกันข้ามจะมาพร้อมกับการแทนที่การกระจัดเบื้องต้นทั้งหมด ds ด้วย -ds ซึ่งเป็นผลมาจากการที่เครื่องหมายกลับด้าน จากนี้เราก็สรุปได้ว่า การแทนที่ใน (8) เราได้รับสิ่งนั้น

เนื่องจากความเป็นอิสระของเส้นทางของงาน นิพจน์สุดท้ายจึงเป็นศูนย์ ดังนั้น แรงอนุรักษ์จึงสามารถนิยามได้ว่าเป็นแรงที่ทำงานบนเส้นทางปิดใดๆ ก็ตามที่เป็นศูนย์

พลังงานศักย์

พลังงานนี้ถูกกำหนดโดยตำแหน่งของร่างกาย (ความสูงที่ยกขึ้น) จึงเรียกว่าพลังงานประจำตำแหน่ง มักเรียกว่าพลังงานศักย์

โดยที่ h วัดจากระดับที่กำหนด

ต่างจากพลังงานจลน์ซึ่งเป็นบวกเสมอ พลังงานศักย์อาจเป็นได้ทั้งบวกหรือลบ

ปล่อยให้อนุภาคเคลื่อนที่ไปในสนามที่มีแรงอนุรักษ์นิยม เมื่อย้ายจากจุดที่ 1 ไปยังจุดที่ 2 งานก็จะเสร็จสิ้น

A12 = ตอนที่ 1-Ep2 (9)

ตามสูตร (7) งานนี้เท่ากับการเพิ่มขึ้นของพลังงานจลน์ของอนุภาค เมื่อนำสำนวนทั้งสองไปใช้ในการทำงาน เราได้รับความสัมพันธ์ซึ่งเป็นไปตามนั้น

ค่า E เท่ากับผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ เรียกว่าพลังงานกลทั้งหมดของอนุภาค สูตร (10) หมายความว่า E1=E2 เช่น ซึ่งเป็นพลังงานทั้งหมดของอนุภาคที่เคลื่อนที่ในสนามแรงอนุรักษ์ ยังคงคงที่ คำกล่าวนี้เป็นการแสดงออกถึง กฎการอนุรักษ์พลังงานกลสำหรับระบบที่ประกอบด้วยอนุภาคเดียว

กฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงาน

ให้เราพิจารณาระบบที่ประกอบด้วยอนุภาค N ที่มีปฏิสัมพันธ์กันภายใต้อิทธิพลของแรงภายนอกทั้งแบบอนุรักษ์นิยมและไม่อนุรักษ์นิยม แรงอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคจะถือว่าเป็นแบบอนุรักษ์นิยม ให้เราพิจารณางานที่ทำกับอนุภาคเมื่อย้ายระบบจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงการกำหนดค่าของระบบ

การทำงานของแรงอนุรักษ์ภายนอกสามารถแสดงได้ด้วยการลดพลังงานศักย์ของระบบในสนามแรงภายนอก:

โดยที่ถูกกำหนดโดยสูตร (9)

งานที่ทำโดยกองกำลังภายในเท่ากับการลดลงของพลังงานศักย์ร่วมกันของอนุภาค:

โดยที่พลังงานศักย์ของระบบในสนามแรงภายนอกคือที่ไหน

ให้เราแสดงถึงการทำงานของกองกำลังที่ไม่อนุรักษ์นิยม

ตามสูตร (7) งานทั้งหมดของแรงทั้งหมดถูกใช้ไปกับการเพิ่มพลังงานจลน์ของระบบเอก ซึ่งเท่ากับผลรวมของพลังงานจลน์ของอนุภาค:

เพราะฉะนั้น,

ให้เราจัดกลุ่มเงื่อนไขของความสัมพันธ์นี้ดังนี้:

ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์แสดงถึงพลังงานกลทั้งหมดของระบบ E:

ดังนั้นเราจึงได้กำหนดไว้ว่าการทำงานของกองกำลังที่ไม่อนุรักษ์นิยมนั้นเท่ากับการเพิ่มขึ้นของพลังงานทั้งหมดของระบบ:

จาก (11) จะได้ว่าในกรณีที่ไม่มีแรงไม่อนุรักษ์ พลังงานกลรวมของระบบจะคงที่

เราได้มาถึงแล้ว กฎการอนุรักษ์พลังงานกลซึ่งระบุว่าพลังงานกลทั้งหมดของระบบจุดวัตถุภายใต้อิทธิพลของแรงอนุรักษ์เท่านั้นยังคงที่

ถ้าระบบปิดและแรงอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคเป็นแบบอนุรักษ์นิยม พลังงานทั้งหมดจะมีเพียงสองพจน์เท่านั้น: (- พลังงานศักย์ร่วมกันของอนุภาค) ในกรณีนี้ กฎการอนุรักษ์พลังงานกลคือข้อความที่ว่าพลังงานกลทั้งหมดของระบบปิดของจุดวัสดุ ซึ่งจะมีเพียงแรงอนุรักษ์เท่านั้นที่กระทำการจะยังคงคงที่

ลองดูสิ: ลูกบอลกลิ้งไปตามรางทำให้หมุดล้มลงและพวกมันก็กระจัดกระจายไปด้านข้าง พัดลมที่เพิ่งปิดจะยังคงหมุนอยู่ระยะหนึ่ง ทำให้เกิดการไหลเวียนของอากาศ ร่างกายเหล่านี้มีพลังงานหรือไม่?

หมายเหตุ: ลูกบอลและพัดลมทำงานทางกลไก ซึ่งหมายความว่าพวกมันมีพลังงาน พวกเขามีพลังงานเพราะพวกเขาเคลื่อนไหว พลังงานของวัตถุที่เคลื่อนไหวในฟิสิกส์เรียกว่า พลังงานจลน์ (จากภาษากรีก "kinema" - การเคลื่อนไหว)

พลังงานจลน์ขึ้นอยู่กับมวลของร่างกายและความเร็วของการเคลื่อนที่ (การเคลื่อนที่ในอวกาศหรือการหมุน)ตัวอย่างเช่น ยิ่งมวลของลูกบอลมากขึ้น พลังงานก็จะถ่ายโอนไปยังหมุดมากขึ้นเมื่อกระแทก และก็จะยิ่งบินได้ไกลขึ้น ตัวอย่างเช่น ยิ่งใบพัดหมุนเร็วเท่าไร พัดลมก็จะยิ่งเคลื่อนกระแสลมมากขึ้นเท่านั้น

พลังงานจลน์ของร่างกายเดียวกันอาจแตกต่างกันไปตามมุมมองของผู้สังเกตการณ์แต่ละคนตัวอย่างเช่น จากมุมมองของเราในฐานะผู้อ่านหนังสือเล่มนี้ พลังงานจลน์ของตอไม้ที่อยู่บนถนนเป็นศูนย์ เนื่องจากตอไม้ไม่เคลื่อนไหว อย่างไรก็ตาม ในส่วนที่เกี่ยวข้องกับนักปั่นจักรยาน ตอไม้มีพลังงานจลน์เนื่องจากมันกำลังเข้าใกล้อย่างรวดเร็ว และในกรณีที่เกิดการชนกัน ตอไม้จะทำงานทางกลที่ไม่พึงประสงค์อย่างมาก - จะทำให้ชิ้นส่วนของจักรยานโค้งงอ

พลังงานที่ร่างกายหรือส่วนต่างๆ ของร่างกายหนึ่งมีเนื่องจากมีปฏิสัมพันธ์กับร่างกายอื่นๆ (หรือส่วนต่างๆ ของร่างกาย) เรียกว่าในวิชาฟิสิกส์ พลังงานศักย์ (จากภาษาละติน "ความแรง" - ความแข็งแกร่ง)

มาดูภาพวาดกัน เมื่อเคลื่อนตัวขึ้น ลูกบอลสามารถทำงานทางกลได้ เช่น ดันฝ่ามือของเราขึ้นจากน้ำขึ้นสู่ผิวน้ำ ตุ้มน้ำหนักที่วางไว้ที่ความสูงระดับหนึ่งสามารถทำงานได้ - ขันน็อตให้แตก สายธนูที่ดึงแน่นสามารถดันลูกธนูออกมาได้ เพราะฉะนั้น, วัตถุที่พิจารณามีพลังงานศักย์เนื่องจากมีปฏิสัมพันธ์กับวัตถุอื่น (หรือส่วนต่างๆ ของร่างกาย)ตัวอย่างเช่น ลูกบอลมีปฏิกิริยากับน้ำ - แรงอาร์คิมีดีนผลักมันขึ้นสู่ผิวน้ำ น้ำหนักมีปฏิสัมพันธ์กับโลก - แรงโน้มถ่วงจะดึงน้ำหนักลง เชือกมีปฏิสัมพันธ์กับส่วนอื่นๆ ของคันชัก - มันถูกดึงโดยแรงยืดหยุ่นของก้านคันธนูโค้ง

พลังงานศักย์ของร่างกายขึ้นอยู่กับความแข็งแกร่งของปฏิสัมพันธ์ระหว่างร่างกาย (หรือส่วนต่างๆ ของร่างกาย) และระยะห่างระหว่างสิ่งเหล่านั้นตัวอย่างเช่น ยิ่งแรงอาร์คิมีดีนมีมากขึ้น และยิ่งลูกบอลจมอยู่ในน้ำลึกเท่าใด แรงโน้มถ่วงก็จะยิ่งมากขึ้น และน้ำหนักก็อยู่ห่างจากโลกมากขึ้นเท่านั้น แรงยืดหยุ่นก็จะยิ่งมากขึ้น และยิ่งดึงเชือกมากเท่าไรก็ยิ่งมีแรงมากขึ้นเท่านั้น พลังงานศักย์ของร่างกาย: ลูกบอล น้ำหนัก คันธนู (ตามลำดับ)

พลังงานศักย์ของร่างกายเดียวกันอาจแตกต่างกันไปตามร่างกายที่แตกต่างกันลองดูที่ภาพ เมื่อน้ำหนักตกบนน็อตแต่ละตัว คุณจะพบว่าชิ้นส่วนของน็อตตัวที่สองจะลอยไปไกลกว่าชิ้นส่วนของน็อตตัวแรกมาก ดังนั้นสำหรับน็อต 1 น้ำหนักจึงมีพลังงานศักย์น้อยกว่าเมื่อเทียบกับน็อต 2 สิ่งสำคัญ: ต่างจากพลังงานจลน์ พลังงานศักย์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งและการเคลื่อนไหวของผู้สังเกต แต่ขึ้นอยู่กับการเลือกพลังงาน "ระดับศูนย์" ของเรา

บทความนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อเปิดเผยสาระสำคัญของแนวคิดเรื่อง "พลังงานกล" ฟิสิกส์ใช้แนวคิดนี้อย่างกว้างขวางทั้งในเชิงปฏิบัติและเชิงทฤษฎี

งานและพลังงาน

งานเครื่องกลสามารถกำหนดได้หากทราบแรงที่กระทำต่อร่างกายและการกระจัดของร่างกาย มีวิธีการคำนวณงานเครื่องกลอีกวิธีหนึ่ง ลองดูตัวอย่าง:

รูปภาพนี้แสดงร่างกายที่สามารถมีสถานะทางกลที่แตกต่างกันได้ (I และ II) กระบวนการเปลี่ยนร่างกายจากสถานะ I ไปเป็นสถานะ II นั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยงานทางกลนั่นคือในระหว่างการเปลี่ยนจากสถานะ I เป็นสถานะ II ร่างกายสามารถทำงานได้ เมื่อทำงาน สถานะทางกลของร่างกายจะเปลี่ยนไป และสถานะทางกลสามารถกำหนดได้ด้วยพลังงานปริมาณทางกายภาพเพียงค่าเดียว

พลังงานคือปริมาณสเกลาร์ทางกายภาพของการเคลื่อนที่ของสสารทุกรูปแบบและตัวเลือกสำหรับการโต้ตอบของสสาร

พลังงานกลเท่ากับข้อใด?

พลังงานกลคือปริมาณสเกลาร์ทางกายภาพที่กำหนดความสามารถของร่างกายในการทำงาน

ก = ∆E

เนื่องจากพลังงานเป็นคุณลักษณะของสถานะของระบบ ณ จุดหนึ่งของเวลา งานจึงเป็นลักษณะของกระบวนการเปลี่ยนแปลงสถานะของระบบ

พลังงานและงานมีหน่วยวัดเหมือนกัน: [A] = [E] = 1 เจ

ประเภทของพลังงานกล

พลังงานกลอิสระแบ่งออกเป็นสองประเภท: จลน์และศักย์ไฟฟ้า

พลังงานจลน์คือพลังงานกลของร่างกายซึ่งกำหนดโดยความเร็วของการเคลื่อนที่

E k = 1/2mv 2

พลังงานจลน์มีอยู่ในวัตถุที่เคลื่อนไหว เมื่อพวกเขาหยุดพวกเขาก็ทำงานทางกล

ในระบบอ้างอิงที่ต่างกัน ความเร็วของวัตถุเดียวกันในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งอาจแตกต่างกันได้ ดังนั้น พลังงานจลน์จึงเป็นปริมาณสัมพัทธ์ซึ่งถูกกำหนดโดยการเลือกระบบอ้างอิง

หากแรง (หรือหลายแรงพร้อมกัน) กระทำต่อร่างกายระหว่างการเคลื่อนไหว พลังงานจลน์ของร่างกายจะเปลี่ยนไป: ร่างกายจะเร่งหรือหยุด ในกรณีนี้ งานของแรงหรืองานผลลัพธ์ของแรงทั้งหมดที่กระทำต่อร่างกายจะเท่ากับผลต่างของพลังงานจลน์:

A = E k1 - E k 2 = ∆E k

คำสั่งและสูตรนี้ได้รับชื่อ - ทฤษฎีบทพลังงานจลน์.

พลังงานศักย์ตั้งชื่อพลังงานที่เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างร่างกาย

เมื่อร่างกายมีน้ำหนัก มจากที่สูง ชม.แรงโน้มถ่วงทำงานได้ เนื่องจากงานและการเปลี่ยนแปลงพลังงานมีความสัมพันธ์กันด้วยสมการ เราจึงสามารถเขียนสูตรสำหรับพลังงานศักย์ของร่างกายในสนามโน้มถ่วงได้:

Ep = มก

ต่างจากพลังงานจลน์ เอกศักยภาพ อีพีอาจมีค่าเป็นลบเมื่อ ชม.<0 (เช่น ศพนอนอยู่ก้นบ่อ)

พลังงานศักย์กลอีกประเภทหนึ่งคือพลังงานความเครียด บีบอัดให้ห่างไกล xสปริงมีความแข็ง เคมีพลังงานศักย์ (พลังงานความเครียด):

อี พี = 1/2 kx 2

พลังงานการเปลี่ยนรูปพบการใช้งานอย่างกว้างขวางในทางปฏิบัติ (ของเล่น) ในเทคโนโลยี - เครื่องจักรอัตโนมัติ รีเลย์ และอื่นๆ

E = อีพี + อีเค

พลังงานกลทั้งหมดร่างกายเรียกผลรวมของพลังงาน: จลน์และศักยภาพ

กฎการอนุรักษ์พลังงานกล

การทดลองที่แม่นยำที่สุดบางส่วนที่ดำเนินการในช่วงกลางศตวรรษที่ 19 โดยจูลนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษและเมเยอร์นักฟิสิกส์ชาวเยอรมันแสดงให้เห็นว่าปริมาณพลังงานในระบบปิดยังคงไม่เปลี่ยนแปลง มันผ่านจากร่างหนึ่งไปยังอีกร่างหนึ่งเท่านั้น การศึกษาเหล่านี้ช่วยค้นพบ กฎหมายการอนุรักษ์พลังงาน:

พลังงานกลทั้งหมดของระบบวัตถุที่แยกออกจากกันจะยังคงคงที่ในระหว่างการมีปฏิสัมพันธ์ใดๆ ของร่างกายระหว่างกัน

ต่างจากแรงกระตุ้นซึ่งไม่มีรูปแบบเท่ากัน พลังงานมีหลายรูปแบบ: เชิงกล ความร้อน พลังงานของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล พลังงานไฟฟ้าที่มีแรงกระทำต่อประจุ และอื่นๆ พลังงานรูปแบบหนึ่งสามารถแปลงเป็นพลังงานอีกรูปแบบหนึ่งได้ ตัวอย่างเช่น พลังงานจลน์จะถูกแปลงเป็นพลังงานความร้อนในระหว่างกระบวนการเบรกของรถยนต์ หากไม่มีแรงเสียดทานและไม่มีความร้อนเกิดขึ้น พลังงานกลทั้งหมดจะไม่สูญหาย แต่ยังคงที่ในกระบวนการเคลื่อนที่หรือปฏิสัมพันธ์ของร่างกาย:

E = E p + E k = const

เมื่อแรงเสียดทานระหว่างวัตถุเกิดขึ้น พลังงานกลจะลดลง แม้ว่าในกรณีนี้จะไม่สูญหายไปอย่างไร้ร่องรอย แต่จะกลายเป็นความร้อน (ภายใน) หากแรงภายนอกทำงานบนระบบปิด พลังงานกลจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณงานที่ทำโดยแรงนี้ หากระบบปิดทำงานกับวัตถุภายนอก พลังงานกลของระบบจะลดลงตามปริมาณงานที่ระบบทำ
พลังงานแต่ละประเภทสามารถเปลี่ยนเป็นพลังงานประเภทอื่นได้อย่างสมบูรณ์