Kāpēc ir nepieciešama mehāniskā enerģija? Kas ir potenciālā enerģija. Enerģijas formas un veidi

1.2.3. Spēku darbs mehānikā, enerģētikā. Enerģijas nezūdamības likums mehānikā

Darbs pastāvīgs spēks F, kad ķermenis pārvietojas translatīvi un taisni, ķermenim ejot pa ceļu S, lielumu sauc

Darbs, kas veikts ar spēku F uz pēdējā ceļa s, vienāds ar elementāru darbu summu atsevišķiem bezgalīgi maziem ceļa posmiem; šo summu samazina līdz integrālim:

Spēks F, iedarbojas uz materiālo punktu sauc konservatīvs, vai potenciāls, ja darbs A, ko veic šis spēks, pārvietojot punktu no vienas patvaļīgas pozīcijas uz citu, nav atkarīgs no trajektorijas, pa kuru šī kustība notika. Tāpēc, materiālam punktam pārvietojoties pa slēgtu trajektoriju, konservatīvā spēka veiktais darbs ir identiski vienāds ar nulli. Tādējādi konservatīvos spēkus var definēt divos veidos:

1) kā spēks, kura darbība nav atkarīga no ceļa, pa kuru daļiņa pārvietojas no vienas pozīcijas uz otru;

2) kā spēks, kura darbs pa slēgtu ceļu ir nulle.

Konservatīvo spēku piemēri ir universālās gravitācijas spēki, elastības spēks un elektrostatiskās mijiedarbības spēks starp uzlādētiem ķermeņiem.

Visi spēki, kas neapmierina konservatīvisma nosacījumu, tiek saukti par nekonservatīviem . Tipisks šādu spēku piemērs ir slīdošie berzes spēki. Slīdes berzes spēks vienmēr ir vērsts virzienā, kas ir pretējs kustības virzienam, tātad cosα = -1. Tāpēc slīdošā berzes spēka darbs pa slēgtu trajektoriju vienmēr ir negatīvs un nekad nav vienāds ar nulli.

Lai raksturotu ar spēku veiktā darba ātrumu, tiek ieviests spēka jēdziens. Jauda N spēks F ir fizisks lielums, kas skaitliski vienāds ar šī spēka veikto darbu laika vienībā:

Kur v - spēka pielikšanas punkta ātrums.

Mehānikā ir divu veidu enerģija, kinētiskā un potenciālā. Kinētiskā enerģijaķermeņi sauc enerģiju E K , kas ir tā mehāniskās kustības mērs, ko mēra ar darbu, ko ķermenis var veikt, kad tas palēninās līdz pilnīgai apstāšanai. Atradīsim izteiksmi cieta ķermeņa kinētiskajai enerģijai IN, kam ir masa T un virzās uz priekšu ar ātrumu v.

Ļaujiet ķermenim IN palēninās kāda spēka ietekmē F(vispārējā gadījumā mainīgais) un īsā ceļa posmā ds veic elementāru darbu d A= - F τ ds. Saskaņā ar otro Ņūtona likumu - F τ = mdv/ dt Tāpēc dA = - m (dv/ dt) ds = - m (ds/ dt) dv = - m v dv. Darbs, ko veic ķermenis IN līdz tas pilnībā apstājas

Šī formula ir derīga materiāla punkta kinētiskajai enerģijai. Jebkuru mehānisko sistēmu var uzskatīt par materiālu punktu sistēmu. Tāpēc kinētiskā enerģija E K mehāniskā sistēma ir vienāda ar visu kinētisko enerģiju summu P materiālie punkti, kas veido šo sistēmu:

Kur m i , v i- masa un ātrums i materiālais punkts. Tādējādi sistēmas kinētisko enerģiju pilnībā nosaka masu un kustības ātruma vērtības. tajā iekļautie materiālie punkti. Tas nav atkarīgs no tā, kā attiecīgās sistēmas daļas ieguva šīs ātruma vērtības. Īsumā šo svarīgo secinājumu var formulēt šādi: sistēmas kinētiskā enerģija ir tās kustības stāvokļa funkcija.

Ja uz materiālo punktu vai ķermeņu sistēmu iedarbojas konservatīvi (potenciālie) spēki, tad var ieviest šīs sistēmas potenciālās enerģijas jēdzienu. Faktiski konservatīvo spēku paveiktais darbs nav atkarīgs no tā, kā šī kustība tika veikta. Darbs A 1-2 pārvietojot sistēmu no viena telpas punkta, to pilnībā nosaka sākotnējais un galīgais sistēmas atrašanās vietas . To var izteikt formā

Kur Ep - noteikta sistēmas stāvokļa funkcija, kas atkarīga tikai no visu sistēmas materiālo punktu koordinātām. Šo funkciju sauc potenciālā enerģija sistēmas. No tā izriet, ka darbs, ko veic konservatīvie spēki, kas iedarbojas uz mehānisku sistēmu, ir vienāds ar šīs sistēmas potenciālās enerģijas samazināšanos. No definīcijas izriet, ka sistēmas potenciālā enerģija patvaļīgā stāvoklī ir vienāda ar darbu, ko veic konservatīvie spēki, pārnesot sistēmu no viena stāvokļa uz otru atbilstoši problēmas apstākļiem.

Piemēram, gravitācijas darbs ir atkarīgs tikai no ceļa sākuma un beigu punktu augstuma starpības. Ķermeņa smaguma spēks tiek pielikts tā smaguma centram. Tāpēc gravitācijas darbs jebkuras ķermeņa kustības laikā ir vienāds ar šī spēka un tā smaguma centra sākuma un beigu pozīciju augstuma starpības reizinājumu. No tā izriet, ka gravitācijas darbs pa slēgtu ķermeņa smaguma centra trajektoriju ir vienāds ar nulli, t.i., ka gravitācijas spēks patiešām ir konservatīvs. Augstumā pacelta ķermeņa potenciālā enerģija H virs Zemes virsmas ir vienāds ar

Atradīsim elastīgi deformēta ķermeņa potenciālo enerģiju. Elastīgais spēks F ynp, kā zināms no pieredzes, ir proporcionāls deformācijas lielumam X, t.i. F ynp , = - kX Kur k - ķermeņa elastīgās īpašības raksturojošais elastības koeficients, un mīnusa zīme norāda, ka elastības spēks ir vērsts virzienā, kas ir pretējs deformācijas virzienam: elastīgi deformētam ķermenim ir tendence atjaunot sākotnējo formu un izmēru.

Elementārs darbs ar varu F ynp ar bezgalīgi mazām ķermeņa deformācijas izmaiņām pēc daudzuma dx vienāds ar dA = (F ynp dx) = - kxdx. Šī spēka darbs ķermeņa deformācijas galīgo izmaiņu laikā, piemēram, pārnesot to no nedeformēta stāvokļa ( X=0) līdz stāvoklim, kas atbilst deformācijai X, ir vienāds

Pilns mehāniskā enerģija sistēmas sauc par daudzumu E, vienāds ar šīs sistēmas kinētiskās un potenciālās enerģijas summu:

Sistēmas kopējā mehāniskā enerģija ir tās stāvokļa funkcija, jo tā ir atkarīga tikai no visu mazo sistēmas daļu (materiālo punktu) koordinātām, ātrumiem un masām.

Atradīsim nosacījumu, kas jāizpilda ķermeņu sistēmai, lai tās kopējā mehāniskā enerģija laika gaitā nemainītos. Ja v- ātrums i- materiālais punkts ar masu T Un tad tā kinētiskā enerģija E Uz i = m i v i 2 /2. Šīs enerģijas izmaiņas īsā laika periodā dt, saistīta ar ātruma maiņu v, ieslēgts dv i = a i dt (A i- aplūkotā materiālā punkta paātrinājums), ir vienāds ar

Kur dr i = v i dt- rādiusa vektora pieaugums r i , materiālais punkts. Saskaņā ar otro Ņūtona likumu m i A i = F i + f i , Kur F i Un f i - kas izriet attiecīgi no konservatīviem un nekonservatīviem spēkiem, kas iedarbojas uz i- yu materiālais punkts. Tāpēc

Pirmā summa šī vienādojuma labajā pusē atspoguļo kopējo darbu dA, ko paveikuši visi konservatīvie spēki noteiktā laika periodā dt. Šis darbs ir vienāds ar zaudējumu par tādu pašu laiku dt sistēmas potenciālā enerģija

Kur E= E K + E n - sistēmas kopējā mehāniskā enerģija.

Ja iekšējie mijiedarbības spēki, starp kuriem ir konservatīvi, un visi ārējie spēki ir stacionāri un konservatīvi, tad šādu ķermeņu (materiālo punktu) sistēmu sauc. konservatīvā sistēma,. Šādai sistēmai dA = dE = 0 Un

tas ir, konservatīvas sistēmas kopējā mehāniskā enerģija laika gaitā nemainās. Šo likumu sauc mehāniskās enerģijas nezūdamības likums. Viņš ir godīgs pret slēgta konservatīva sistēma, tas ir, sistēma, uz kuras ārējie spēki nedarbojas, un visi iekšējie spēki ir konservatīvi.

Apskatīsim mehāniskās enerģijas nezūdamības likuma piemērošanu divu ķermeņu absolūti elastīgas tiešas centrālās ietekmes aprēķināšanai. Absolūti elastīgs sauc par tādu triecienu, kura rezultātā nenotiek sadursmes ķermeņu sistēmas mehāniskās enerģijas pārvēršana cita veida enerģijā. Ļaujiet divām absolūti elastīgām bumbiņām ar masām m 1 Un m 2 pirms trieciena (attēls - 1.32, A) virzās uz priekšu ar ātrumu v 1 Un v 2 , kas vērsti vienā virzienā pa to centru līniju, un v 1 > v 2 . Mums jāatrod bumbiņu ātrums u 1 Un u 2 pēc trieciena (attēls - 1.32, b).

Trieciena procesā sadursmes ķermeņu sistēmu var uzskatīt par slēgtu. Tāpēc, lai atrisinātu šo problēmu, mēs varam izmantot mehāniskās enerģijas un impulsa saglabāšanas likumus. Pirms trieciena un pēc tā pabeigšanas sadursmes ķermeņi netiek deformēti, t.i., sistēmas potenciālo enerģiju šajos divos stāvokļos var uzskatīt par vienādu un vienādu ar nulli. Tad no mehāniskās enerģijas nezūdamības likuma mums ir

Pēdējo divu vienādojumu kopīgs risinājums dod

i., pēc elastīgas sadursmes ķermeņi kustas katrs ar savu ātrumu un kinētisko enerģiju E 1 Un E 2 attiecīgi.

Ķermeņu sistēmu sauc par izkliedējošu, ja tās mehāniskā enerģija pakāpeniski samazinās, pārvēršoties citos (ne mehāniskos) enerģijas veidos. Šo procesu sauc par procesu izkliedēšana(izkliedēšana) enerģiju. Kā piemēru apsveriet enerģijas izkliedi absolūtā vērtībā neelastīgs divu progresīvi kustīgu ķermeņu tieša centrālā ietekme.

Pilnīgi neelastīgā sadursmē, izkliedēšana enerģiju. Mainīt ∆ E Sadursmes ķermeņu sistēmas kopējā mehāniskā enerģija ir vienāda ar to kinētiskās enerģijas izmaiņām

Pēc transformācijām izkliedētā enerģija ir:

Ja ķermenis var veikt mehānisku darbu, tad tas ir mehāniskā enerģija E(J). Vai arī, ja ārējs spēks darbojas, iedarbojoties uz ķermeni, tā enerģija mainās.

Ir divu veidu mehāniskā enerģija: kinētiskā un potenciālā.

Kinētiskā enerģija - kustīgu ķermeņu enerģija:

Kur v(m/s) – ātruma modulis, m – ķermeņa masa.

Potenciālā enerģija– mijiedarbojošo ķermeņu enerģija.

Potenciālās enerģijas piemēri mehānikā.

Ķermenis ir pacelts virs zemes: E = mgh

kur h ir augstums, kas noteikts no nulles līmeņa (vai no trajektorijas zemākā punkta). Trajektorijas formai nav nozīmes, nozīme ir tikai sākuma un beigu augstumam.

Elastīgi deformēts korpuss. Deformācija noteikta pēc nedeformēta ķermeņa stāvokļa (atspere, aukla utt.).

Elastīgo ķermeņu potenciālā enerģija: , kur k ir atsperes stingrība; x ir tā deformācija.

Enerģiju var pārnest no viena ķermeņa uz otru, kā arī pārveidot no viena veida uz citu.

- Kopējā mehāniskā enerģija.

Enerģijas nezūdamības likums: V slēgts pilna ķermeņa sistēma enerģija nemainās jebkādas mijiedarbības laikā šajā ķermeņu sistēmā.

Ķermeņu kinētiskās un potenciālās enerģijas summa, kas veido slēgtu sistēmu un mijiedarbojas savā starpā, izmantojot gravitācijas un elastības spēkus, paliek nemainīga.

2. Transformators. Darbības princips. Ierīce. Transformācijas koeficients. Elektrības pārvade.
Maiņstrāvas pārveidošana, kurā spriegums palielinās vai samazinās vairākas reizes ar praktiski nē jaudas zudums tiek veikts, izmantojot transformatorus.

Transformators- ierīce, ko izmanto, lai palielinātu vai samazinātu maiņstrāvas spriegumu.

Transformatori pirmo reizi tika izmantoti 1878. gadā. Krievu zinātnieks P.N. Jabločkovs, lai darbinātu viņa izgudrotās “elektriskās sveces”, kas tajā laikā bija jauns gaismas avots.

Vienkāršākais transformators sastāv no divām spolēm. Brūce uz kopējas tērauda serdes. Viena spole savienojas ar avotu mainīgs spriegums. Šo spoli sauc primārs tinumu) un no otras spoles (saukta sekundārais tinumu) noņemiet maiņspriegumu tā tālākai pārraidei.

Maiņstrāva primārajā tinumā rada mainīgu magnētisko lauku. Pateicoties tērauda serdenim, sekundārais tinums, kas uztīts uz vienas un tās pašas serdes, tiek caurdurts gandrīz vienādi mainīgs kā primāro.

Jo viss pagriezienus ir caurdurti tā pati mainīgā magnētiskā plūsma, sakarā ar elektromagnētiskās indukcijas fenomenu katru pagriezienu radīts tāds pats spriegums. Tāpēc primāro un sekundāro tinumu spriegumu 𝑈 ​​1 un 𝑈 2 attiecība ir vienāda ar tajos esošo apgriezienu skaita attiecību:

Transformatora sprieguma izmaiņas raksturo transformācijas koeficientu

Transformācijas koeficients - vērtība, kas vienāda ar spriegumu attiecību transformatora primārajā un sekundārajā tinumā:

Paaugstināšana transformators - transformators, kas palielina spriegumu (Pakāpeniskā transformatorā apgriezienu skaitam sekundārajā tinumā jābūt lielākam par apgriezienu skaitu primārajā tinumā, t.i.<1.

Pazemināt transformators - transformators, kas samazina spriegumu (Pazeminošā transformatorā apgriezienu skaitam sekundārajā tinumā jābūt mazākam par apgriezienu skaitu primārajā tinumā, t.i., k>1.

Elektriskās enerģijas pārvade no spēkstacijām uz lielām pilsētām vai rūpniecības centriem tūkstošiem kilometru attālumā ir sarežģīta zinātniski tehniska problēma. Lai samazinātu zudumus vadu sildīšanas dēļ, ir jāsamazina strāva pārvades līnijā un līdz ar to jāpalielina spriegums. Parasti elektropārvades līnijas tiek būvētas 400–500 kV spriegumam, un līnijās tiek izmantota trīsfāzu strāva ar frekvenci 50 Hz.

Biļetes numurs 12

Paskāla likums. Arhimēda likums. Kuģošanas nosacījumi tel.

Paskāla likuma formulēšana

Spiediens, kas rodas uz šķidruma vai gāzes, tiek pārnests uz jebkuru punktu vienādi visos virzienos.Šis apgalvojums ir izskaidrojams ar šķidrumu un gāzu daļiņu kustīgumu visos virzienos.

Pamatojoties uz Paskāla hidrostatikas likumu, darbojas dažādas hidrauliskās ierīces: bremžu sistēmas, preses utt.

Arhimēda likums ir šķidrumu un gāzu statikas likums, saskaņā ar kuru uz šķidrumā (vai gāzē) iegremdētu ķermeni iedarbojas peldošais spēks (Arhimēda spēks), kas vienāds ar šī ķermeņa izspiestā šķidruma (vai gāzes) svaru. .

F A = ​​ρgV,
Kur ρ - šķidruma (gāzes) blīvums,
g - gravitācijas paātrinājums,
V - iegremdētā ķermeņa tilpums (vai tās ķermeņa daļas tilpums, kas ir iegremdēts šķidrumā (vai gāzē)).

Arhimēda spēks ir vērsts vienmēr pretējs gravitācijai. Tas ir vienāds ar nulli, ja šķidrumā iegremdēts ķermenis ir blīvs un visa tā pamatne ir piespiesta apakšai.
Tas būtu jāatceras Bezsvara stāvoklī Arhimēda likums nedarbojas.

Mehānikā ir divu veidu enerģija: kinētiskā un potenciālā. Kinētiskā enerģija sauc par jebkura brīvi kustīga ķermeņa mehānisko enerģiju un mēra to ar darbu, ko ķermenis varētu veikt, kad tas palēninās līdz pilnīgai apstāšanai.
Ļaujiet ķermenim IN, pārvietojas ar ātrumu v, sāk mijiedarboties ar citu ķermeni AR un tajā pašā laikā tas palēninās. Tāpēc ķermenis IN ietekmē ķermeni AR ar kādu spēku F un celiņa elementārajā posmā ds strādā

Saskaņā ar Ņūtona trešo likumu uz ķermeni B vienlaikus iedarbojas spēks -F, kuras pieskares komponents -F τ izraisa ķermeņa ātruma skaitliskās vērtības izmaiņas. Saskaņā ar otro Ņūtona likumu

Tāpēc

Darbs, ko ķermenis veic, līdz tas pilnībā apstājas, ir:

Tātad kustīga ķermeņa kinētiskā enerģija ir vienāda ar pusi no šī ķermeņa masas reizinājuma ar tā ātruma kvadrātu:

(3.7)

No formulas (3.7) ir skaidrs, ka ķermeņa kinētiskā enerģija nevar būt negatīva ( Ek ≥ 0).
Ja sistēma sastāv no n pakāpeniski kustīgiem ķermeņiem, tad, lai to apturētu, ir nepieciešams bremzēt katru no šiem korpusiem. Tāpēc mehāniskās sistēmas kopējā kinētiskā enerģija ir vienāda ar visu tajā iekļauto ķermeņu kinētisko enerģiju summu:

(3.8)

No formulas (3.8) ir skaidrs, ka Ek ir atkarīgs tikai no tajā iekļauto ķermeņu masu un kustības ātruma lieluma. Šajā gadījumā nav svarīgi, kā ķermeņa masa m i ieguva ātrumu ν i. Citiem vārdiem sakot, sistēmas kinētiskā enerģija ir tās kustības stāvokļa funkcija.
Ātrumi ν i ievērojami atkarīgi no atsauces sistēmas izvēles. Atvasinot formulas (3.7) un (3.8), tika pieņemts, ka kustība tiek aplūkota inerciālā atskaites sistēmā, jo pretējā gadījumā Ņūtona likumus nevarētu izmantot. Tomēr dažādās inerciālās atskaites sistēmās, kas pārvietojas viena pret otru, ātrums ν i i sistēmas ķermenis un līdz ar to arī tās Eki un visas sistēmas kinētiskā enerģija nebūs vienāda. Tādējādi sistēmas kinētiskā enerģija ir atkarīga no atskaites rāmja izvēles, t.i. ir daudzums radinieks.
Potenciālā enerģija- tā ir ķermeņu sistēmas mehāniskā enerģija, ko nosaka to relatīvais novietojums un to savstarpējo mijiedarbības spēku raksturs.
Skaitliski sistēmas potenciālā enerģija tās dotajā pozīcijā ir vienāda ar darbu, ko veiks spēki, kas iedarbojas uz sistēmu, pārvietojot sistēmu no šīs pozīcijas uz to, kur potenciālā enerģija parasti tiek pieņemta kā nulle ( E n= 0). Jēdziens “potenciālā enerģija” attiecas tikai uz konservatīvām sistēmām, t.i. sistēmas, kurās darbojošos spēku darbs ir atkarīgs tikai no sistēmas sākuma un beigu pozīcijas. Tātad, kravas svēršanai P, pacelts augstumā h, potenciālā enerģija būs vienāda En = Ph (E n= 0 plkst h= 0); slodzei, kas piestiprināta atsperei, E n = kΔl 2/2, Kur Δl- atsperes pagarinājums (saspiešana), k- tā stinguma koeficients ( E n= 0 plkst l= 0); divām daļiņām ar masām m 1 Un m 2, ko piesaista universālās gravitācijas likums, , Kur γ - gravitācijas konstante, r- attālums starp daļiņām ( E n= 0 plkst r → ∞).
Apskatīsim Zemes sistēmas – masas ķermeņa – potenciālo enerģiju m, pacelts augstumā h virs Zemes virsmas. Šādas sistēmas potenciālās enerģijas samazināšanos mēra ar gravitācijas spēku darbu, kas tiek veikts, ķermenim brīvi krītot uz Zemi. Ja ķermenis krīt vertikāli, tad

Kur E nr– sistēmas potenciālā enerģija plkst h= 0 (“-” zīme norāda, ka darbs ir veikts potenciālās enerģijas zuduma dēļ).
Ja tas pats ķermenis nokrīt pa slīpu garuma plakni l un ar slīpuma leņķi α pret vertikāli ( lcosα = h), tad gravitācijas spēku veiktais darbs ir vienāds ar iepriekšējo vērtību:

Ja, visbeidzot, ķermenis pārvietojas pa patvaļīgu līknes trajektoriju, tad mēs varam iedomāties šo līkni, kas sastāv no n mazi taisni posmi Δl i. Gravitācijas spēka darbs katrā no šīm sekcijām ir vienāds ar

Pa visu izliekuma ceļu gravitācijas spēku veiktais darbs acīmredzami ir vienāds ar:

Tātad gravitācijas spēku darbs ir atkarīgs tikai no ceļa sākuma un beigu punktu augstuma starpības.
Tādējādi ķermenim potenciālā (konservatīvā) spēku laukā ir potenciālā enerģija. Ar bezgalīgi mazām sistēmas konfigurācijas izmaiņām konservatīvo spēku darbs ir vienāds ar potenciālās enerģijas pieaugumu, kas ņemts ar mīnusa zīmi, jo darbs tiek veikts potenciālās enerģijas samazināšanās dēļ:

Savukārt darbs dA izteikts kā spēka punktu reizinājums F kustēties dr, tāpēc pēdējo izteiksmi var uzrakstīt šādi:

(3.9)

Tāpēc, ja funkcija ir zināma E n (r), tad no izteiksmes (3.9) var atrast spēku F pēc moduļa un virziena.
Konservatīvajiem spēkiem

Vai vektora formā

Kur

(3.10)

Izsauc ar izteiksmi (3.10) definēto vektoru skalārās funkcijas P gradients; i, j, k- koordinātu asu (ortu) vienību vektori.
Konkrēts funkcijas veids P(mūsu gadījumā E n) ir atkarīgs no spēka lauka rakstura (gravitācijas, elektrostatiskā utt.), kā parādīts iepriekš.
Kopējā mehāniskā enerģija W sistēma ir vienāda ar tās kinētiskās un potenciālās enerģijas summu:

No sistēmas potenciālās enerģijas definīcijas un aplūkotajiem piemēriem ir skaidrs, ka šī enerģija, tāpat kā kinētiskā enerģija, ir sistēmas stāvokļa funkcija: tā ir atkarīga tikai no sistēmas konfigurācijas un tās stāvokļa attiecībās. ārējiem orgāniem. Līdz ar to arī sistēmas kopējā mehāniskā enerģija ir sistēmas stāvokļa funkcija, t.i. ir atkarīgs tikai no visu ķermeņu stāvokļa un ātrumiem sistēmā.

1) Kinētiskā enerģija.

Ja ķermenim ir masa m pārvietojas ar ātrumu v, tad tam ir enerģija,

Darbs ir vienāds ar ķermeņa kinētiskās enerģijas izmaiņām: .

2) Potenciālā enerģija.

Jebkurš masas ķermenis m, gravitācijas ietekmē ir enerģija: ,

kur h ir augstums virs nosacītā nulles līmeņa, g ir brīvā kritiena paātrinājums.

Elastīgi deformētam ķermenim ir arī potenciālā enerģija. Ja pavasara stīvums k deformēts pēc daudzuma x, tad tam ir enerģija: ,

Potenciālā enerģija ir ķermeņu (vai to daļu) mijiedarbības enerģija.

Ņemiet vērā, ka ne katru ķermeņu mijiedarbību raksturo potenciālā enerģija. Ir īpaši spēki, kuru darbs nav atkarīgs no trajektorijas formas, bet tiek noteikts tikai pēc ķermeņu sākuma un beigu pozīcijas (att.). Tādus spēkus sauc konservatīvs. Piemēram, konservatīvie spēki ietver gravitāciju un elastību, bet nekonservatīvie spēki ietver berzi.

Darbs ir vienāds ar potenciālās enerģijas izmaiņām ar mīnusa zīmi:

Enerģijas mērvienība ir 1 džouls.

Enerģijas nezūdamības likums.

Apskatīsim konservatīvu mehānisko sistēmu, t.i. sistēma, kurā darbojas tikai konservatīvie spēki.

Saglabāšanas likums ir formulēts kopējai enerģijai.

Pilns enerģijas mehāniskā sistēma ir šajā sistēmā iekļauto ķermeņu kinētiskās un potenciālās enerģijas summa:

Tātad, slēgtā konservatīvā mehāniskajā sistēmā kopējā enerģija tiek saglabāta.

vai, konservatīvās sistēmās, ja nav ārējas ietekmes, kopējā enerģija paliek nemainīga.

Bieži vien potenciālā enerģija ir koordinātu funkcija. Uzzīmēsim kopējās enerģijas un potenciālās enerģijas grafikus vienā koordinātu plaknē. Potenciālās enerģijas grafiks var palielināties vai samazināties, bet kopējās enerģijas grafiks ir horizontāls, jo kopējā enerģija ir nemainīga (konservatīvās sistēmās).

ABC ir potenciāls caurums.

CDR ir potenciāls šķērslis.

Centra bumbas sitiens.

Saglabāšanas likumi tiek izmantoti, lai analizētu un atrisinātu daudzas fiziskas problēmas, no kurām viena ir ķermeņa ietekme.

Sist- divu vai vairāku ķermeņu sadursme, kurā mijiedarbība ilgst ļoti īsu laiku.

Trieciena laikā starp ķermeņiem notiek enerģijas un impulsa pārdale. Šajā gadījumā daļa no sistēmas mehāniskās enerģijas var pārvērsties nemehāniskā enerģijā.

Apskatīsim ierobežojošos ietekmes veidus.

1. Neelastīgais trieciens ir trieciens, pēc kura ķermeņi pārvietojas kā vienots veselums, savukārt daļa mehāniskās enerģijas tiek tērēta deformācijai un pārvēršas nemehāniskās formās (termiskā). Neelastīga trieciena laikā, tikai impulsa nezūdamības likums.
2. Absolūti elastīgs trieciens ir trieciens, kurā mehāniskā enerģija nepārvēršas citos, nemehāniskos, enerģijas veidos. Pēc trieciena ķermeņi pilnībā atjauno savu formu un izmēru. Sistēmas kopējā enerģija tiek saglabāta. Ar absolūti elastīgu triecienu tiek izpildīti arī impulsa un enerģijas saglabāšanas likumi.

Apsveriet divu bumbiņu centrālo ietekmi.

Triecienu sauc centrālais, ja pirms trieciena bumbiņas pārvietojas pa līniju, kas iet caur to masas centriem.

Lai masa ir zināma m 1, m 2 un bumbiņu ātrums pirms trieciena: v 1 , v 2

Apzīmē "darbību". Var saukt enerģisku cilvēku, kurš kustas, rada noteiktu darbu, var radīt, darboties. Arī cilvēku, dzīvo būtņu un dabas radītajām mašīnām ir enerģija. Bet tas ir ikdienas dzīvē. Turklāt ir stingrs, kas ir definējis un apzīmējis daudzus enerģijas veidus - elektrisko, magnētisko, atomu utt. Tomēr tagad mēs runāsim par potenciālo enerģiju, kuru nevar aplūkot atsevišķi no kinētiskās enerģijas.

Kinētiskā enerģija

Šī enerģija, saskaņā ar mehānikas jēdzieniem, pieder visiem ķermeņiem, kas mijiedarbojas viens ar otru. Un šajā gadījumā mēs runājam par ķermeņu kustību.

Potenciālā enerģija

Šāda veida enerģija rodas, kad notiek ķermeņu vai viena ķermeņa daļu mijiedarbība, bet kustība kā tāda nenotiek. Šī ir galvenā atšķirība no kinētiskās enerģijas. Piemēram, ja jūs pacelsiet akmeni virs zemes un turēsiet to šādā stāvoklī, tam būs potenciālā enerģija, kas var pārvērsties kinētiskā enerģijā, ja akmens tiek atbrīvots.

Enerģija parasti tiek saistīta ar darbu. Tas nozīmē, ka šajā piemērā atbrīvotais akmens var radīt zināmu darbu, krītot. Un iespējamais darba apjoms būs vienāds ar ķermeņa potenciālo enerģiju noteiktā augstumā h. Lai aprēķinātu šo enerģiju, tiek izmantota šāda formula:

A=Fs=Ft*h=mgh vai Ep=mgh, kur:
Ep - ķermeņa potenciālā enerģija,
m - ķermeņa svars,
h ir ķermeņa augstums virs zemes,
g ir brīvā kritiena paātrinājums.

Divi potenciālās enerģijas veidi

Potenciālajai enerģijai ir divi veidi:

1. Enerģija ķermeņu relatīvajā stāvoklī. Piekārtam akmenim ir tāda enerģija. Interesanti, ka parastajai koksnei vai oglēm ir arī potenciālā enerģija. Tie satur neoksidētu oglekli, kas var oksidēties. Vienkārši sakot, sadedzināta koksne var uzsildīt ūdeni.

2. Elastīgās deformācijas enerģija. Piemēri šeit ir elastīga josla, saspiesta atspere vai “kaulu-muskuļu-saišu” sistēma.

Potenciālā un kinētiskā enerģija ir savstarpēji saistītas. Viņi var pārveidoties viens par otru. Piemēram, ja jūs metat akmeni uz augšu, tam kustoties sākotnēji ir kinētiskā enerģija. Sasniedzot noteiktu punktu, tas uz brīdi sastings un iegūs potenciālo enerģiju, un tad gravitācija to novilks un atkal radīsies kinētiskā enerģija.