МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА ЭНЕРГИЯ МОЩНОСТЬ ЗАКОН СОХРЕНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

МЕХАНИЧЕСКАЯ РАБОТА. ЭНЕРГИЯ. МОЩНОСТЬ. ЗАКОН СОХРЕНЕНИЯ ЭНЕРГИИ.

1. РАБОТА И ЭНЕРГИЯ Энергия – это единая мера различных форм движения. Способы передачи энергии в форме работы в форме теплоты Передача энергии в форме работы производится в процессе силового взаимодействия тел. Работа – это физическая величина, характеризующая процесс превращения одной формы движения в другую.

- элементарная работа

[А] = 1 Дж = 1 Н·м 1 Джоуль – это работа силы в 1 Н при перемещении на 1 м. Если F = const:

Графическое изображение работы

тело неподвижно Сила не совершает работу Тормозящая сила Движущая сила

F F F S S F

Механическая работа при вращательном движении - элементарная работа при вращательном движении равна скалярному произведению момента силы относительно оси вращения на элементарное угловое перемещение

2. МОЩНОСТЬ Мощность – физическая величина равная работе, совершаемой в единицу времени. Мощность Средняя мощность Мгновенная мощность Мощность – скорость совершения работы.

Мощность при вращательном движении: 1 Ватт – это мощность, при которой за 1 с совершается работа в 1 Дж.

3. КОНСЕРВАТИВНЫЕ И НЕКОНСЕРВАТИВНЫЕ СИЛЫ Консервативная сила – это сила, работа которой не зависит от формы траектории, а определяется только начальным и конечным положением. Работа консервативной силы по замкнутой траектории равна нулю. Примеры консервативных сил: сила тяжести, сила упругости, сила Кулона и т. д. Силы, действующие на материальную точку (твердое тело), называются неконсервативными, если работа этих сил зависит от формы траектории точки (тела). Примеры неконсервативных сил: сила трения, сила тяги и т. д. Механическая система, в которой действуют только консервативные силы, называется консервативной системой.

4. Механическая энергия Кинетическая энергия. Потенциальная энергия. Полная механическая энергия.

Механическая энергия Энергия – это единая мера различных форм движения материи и типов взаимодействия материальных объектов, являющаяся - однозначной, - непрерывной, - конечной, - дифференцируемой функцией состояния объекта. Функция состояния – это такая физическая характеристика материального объекта, изменение которой при переходе объекта из одного состояния в другое не зависит от траектории перехода, а определяется параметрами начального и конечного состояний.

Характеристики механического состояния объекта Потенциальная энергия характеризует положение объекта (или его частей) относительно других объектов Кинетическая энергия характеризует движение объекта Полная механическая энергия объекта является функцией его координат и скорости:

РАБОТА И КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ ПРИ ПОСТУПАТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ Найдем работу сил, под действием которых тело массой m изменило свою скорость от V 1 до V 2 за время t

Работа не зависит от пути перехода и способов изменения скорости от V 1 до V 2, а определяется изменением некоторой функции состояния. Эта функция – кинетическая энергия. - кинетическая энергия поступательного движения

РАБОТА И КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ ПРИ ВРАЩАТЕЛЬНОМ ДВИЖЕНИИ Элементарная работа силы, действующей на твердое тело при вращении его вокруг неподвижной оси: - кинетическая энергия вращательного движения Полная кинетическая энергия:

СВОЙСТВА КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ: 1. Ек – однозначная, конечная, непрерывная, дифференцируемая функция механического состояния системы. 2. Ек≥ 0. Ек – неотрицательная величина. 3. Ек – аддитивная функция: кинетическая энергия системы тел равна алгебраической сумме кинетических энергий отдельных тел: 4. Изменение кинетической энергии равно работе любых сил (как консервативных, так и неконсервативных)

РАБОТА И ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ 1 Работа силы тяжести 2 Выразим - модуль проекции перемещения на через приращение высоты

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ Работа не зависит от формы траектории, а определяется изменением некоторой функции состояния Эта функция – потенциальная энергия в поле силы тяжести - взаимная потенциальная энергия материальной точки и Земли потенциальная энергия упруго деформированного тела (x – деформация, k – жесткость)

СВОЙСТВА ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ 1. Еп - это однозначная, конечная, непрерывная, дифференцируемая функция механического состояния объекта. 2. Еп может быть только взаимной: она в одинаковой степени характеризует оба взаимодействующих тела ( или все, если их несколько). 3. Числовое значение Еп определяется с точностью до произвольной постоянной, значение которой зависит от выбора нулевого уровня (начала отсчета), поэтому физический смысл имеет только разность потенциальных энергий. 4. Еп может иметь как положительное, так и отрицательное значение. 5. Изменение потенциальной энергии определяется работой только консервативных сил:

СВЯЗЬ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ С КОНСЕРВАТИВНОЙ СИЛОЙ (1) - проекция силы на направление (2) Приравняем правые части выражений (1) и (2):

Градиент потенциальной энергии – вектор указывающий направление быстрейшего возрастания потенциальной энергии и численно равный приращению энергии приходящейся на единицу длины Потенциальные силы направлены в сторону наибольшего убывания потенциальной энергии Градиент – это вектор, указывающий направление быстрейшего возрастания функции.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ кинетическая энергия (энергия движения) кинетическая энергия поступательного движения кинетическая энергия вращательного движения потенциальная энергия (энергия взаимодействия) потенциальная энергия гравитационного взаимодействия потенциальная энергия вблизи поверхности Земли потенциальная энергия упругого взаимодействия

5. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ПОЛНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ Полная механическая энергия консервативной системы тел остается неизменной. - в консервативной системе тел Консервативной системой называется система, в которой действуют только консервативные силы.

Превращения энергии при движении маятника Максвелла

6. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени. Энергия не появляется и не исчезает, она только переходит из одного вида в другой в процессе совершения работы и теплопередачи.