к ф -м н Столярчук Ірина Аркадіївна РОБОТА

к. ф. -м. н. Столярчук Ірина Аркадіївна РОБОТА І ЕНЕРГІЯ

Лекція 7. Матеріал для повторення Ø Поняття енергії Ø Робота сили Ø Потужність Ø Кінетична і потенційна енергії Ø Закон збереження енергії Ø 2

Матеріал для повторення 3

Матеріал для повторення 4

Контрольні питання для повторення 1. 2. 3. 4. 5. Що таке сила? Як її можна охарактеризувати? Сформулювати три закони Ньютона, який взаємозв'язок існує між цими законами? У чому полягає принцип незалежності дії сил? Яка фізична сутність тертя? У чому відмінність сухого тертя від рідкого? Які види зовнішнього (сухого) тертя Ви знаєте? Що називається механічною системою? Які системи є замкнутими? 5

Контрольні питання для повторення У чому полягає закон збереження імпульсу? У яких системах він виконується? Чому він є фундаментальним законом природи? 7. Яким властивістю простору обумовлюється справедливість закону збереження імпульсу? 8. Що називається центром мас системи матеріальних точок? Як рухається центр мас замкнутої системи? 6. 6

Матеріал для повторення До питання 4: В результаті дії сил тертя різної природи 4 механічна енергія завжди перетворюється у внутрішню енергію дотичних тіл. Зовнішнім тертям називається тертя, що виникає в площині торкання двох дотичних тіл при їх відносному переміщенні (обумовлено шорсткістю дотичних поверхонь; у випадку ж дуже гладких поверхонь - силами міжмолекулярної тяжіння). Якщо дотичні тіла нерухомі один щодо одного, говорять про терті спокою, якщо ж відбувається відносне переміщення цих тіл, то залежно від характеру їх відносного руху говорять про терті ковзання, кочення або вертіння 7

Матеріал для повторення До питання 7: Закон збереження імпульсу: імпульс замкненої системи матеріальних точок, тобто системи, на яку не діють зовнішні сили, у часі не змінюється. Закон збереження імпульсу є наслідком властивості симетрії простору - його однорідності Однорідність простору полягає в тому, що при паралельному перенесенні в просторі замкнутої системи тіл як цілого її фізичні властивості і закони руху не змінюються, іншими словами, не залежать від вибору положення початку координат інерціальної системи відліку. 8

Матеріал для повторення До питання 8: 8 Сила є мірою взаємодії між тілами; маса тіла є мірою інертності тіла, або властивістю тіла чинити опір зовнішньому впливу. Центром мас (або центром інерції) системи матеріальних точок називається уявна точка С, положення якої характеризує розподіл маси цієї системи. Імпульс системи дорівнює добутку маси системи на швидкість її центру мас. p = mvc 9

Енергія 10

Енергія Ø Енергія - універсальна міра різних форм руху і взаємодії. З різними формами руху матерії пов'язують різноманітні форми енергії: • механічну, • теплову, • електромагнітну, • ядерну, • інші. Ø В одних явищах форма руху матерії не змінюється (наприклад, гаряче тіло нагріває холодне), в інших переходить в іншу форму (наприклад, в результаті тертя механічний рух перетворюється на тепловий). 11

Енергія та робота Ø Проте у всіх випадках енергія, віддана (в тій чи іншій формі) одним тілом іншому, дорівнює енергії, отриманої останнім тілом. Ø Зміна механічного руху тіла викликається силами, що силами діють на нього з боку інших тіл. Щоб кількісно характеризувати процес обміну енергією між взаємодіючими тілами, в механіці вводиться поняття роботи сили 12

Робота 13

Робота сили 14

Елементарна робота Рис. 1 15

Робота сили Рис. 2 16

Робота сили 17

Потужність 18

Робота та потужність 19

Кінетична і потенційна енергії 20

Кінетична енергія Ø Кінетична енергія механічної системи - це енергія механічного руху цієї системи. Ø Сила F, діючи на тіло, що покоїться, і викликаючи його рух, здійснює роботу, а енергія рухомого тіла зростає на величину витраченої роботи. Ø Таким чином, робота d. А сили F на шляху, який тіло пройшло за час зростання швидкості від 0 до v, йде на збільшення кінетичної енергії d. T тіла: d. A = d. T. 21

Кінетична енергія 22

Кінетична енергія З Формули (7) видно, що кінетична енергія залежить тільки від маси і швидкості тіла, т. е. кінетична енергія системи є функція стану її руху. Ø При виведенні формули (7) передбачалося, що рух розглядається в інерціальній системі відліку, так як інакше не можна було б використовувати закони Ньютона. Ø У різних інерційних системах відліку, що рухаються один щодо одного, швидкість тіла, а отже, і його кінетична енергія будуть неоднакові. Таким чином, кінетична енергія залежить від вибору системи відліку. Ø 23

Потенційна енергія 24

Потенційна енергія 25

Потенційна енергія 26

Потенційна енергія 27

Потенційна енергія 28

Потенційна енергія пружнодеформівного тіла 29

Потенційна енергія пружнодеформівного тіла 30

Закон збереження енергії 31

Закон збереження енергії 32

Закон збереження енергії 33

Закон збереження енергії 34

Закон збереження енергії 35

Закон збереження енергії 36

Закон збереження енергії Ø Ø Ø Вираз (19) являє собою закон збереження механічної енергії: в системі тіл, між якими діють тільки консервативні сили, повна механічна енергія зберігається, тобто не змінюється з часом. Механічні системи, на тіла яких діють тільки консервативні сили (внутрішні та зовнішні), називаються консервативними системами. Закон збереження механічної енергії можна сформулювати так: в консервативних системах повна механічна енергія зберігається. Закон збереження механічної енергії пов'язаний з однорідністю часу, тобто інваріантністю фізичних законів щодо вибору початку відліку часу. Наприклад, при вільному падінні тіла в полі сил тяжіння його швидкість і пройдений шлях залежать лише від початкової швидкості та тривалості вільного падіння тіла і не залежать від того, коли тіло почало падати. Існує ще один вид систем - дисипативні системи, в яких механічна енергія поступово зменшується за рахунок перетворення в інші (немеханічних) форми енергії. Цей процес одержав назву дисипації (або розсіювання) енергії. Строго кажучи, всі системи в природі є дисипативними. 37

Закон збереження енергії У консервативних системах повна механічна енергія залишається постійною. Можуть відбуватися лише перетворення кінетичної енергії в потенційну і назад в еквівалентних кількостях, так що повна енергія залишається незмінною. Ø Тому, цей закон не є просто закон кількісного збереження енергії, а закон збереження і перетворення енергії, що виражає і якісну сторону взаємного перетворення різних форм руху один в одний. Ø Закон збереження і перетворення енергії - фундаментальний закон природи, він справедливий як для систем макроскопічних тіл, так і для систем мікротіл. Ø В системі, в якій діють також неконсерватівні сили, наприклад сили тертя, повна механічна енергія системи не зберігається. Отже, у цих випадках закон збереження механічної енергії несправедливий. Однак при «зникненні» механічної енергії завжди виникає еквівалентна кількість енергії іншого виду. Таким чином, енергія ніколи не зникає і не з'являється знову, вона лише перетворюється з одного виду в інший. У цьому і полягає фізична сутність закону збереження і перетворення енергії - сутність незнищенності матерії та її руху. Ø 38

Дякую за увагу! 39