Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Энергия. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения энергии в механике. Работа и мощность. Работа постоянной силы. Работа и мощность животных и человека
|
|
Одним из методов определения силы трения в опоре махового колеса является применение закона сохранения энергии.
Всякое движение, происходящее в окружающем нас мире, представляет собой движение материи. Физика изучает наиболее общие формы движения материи, такие как механическая, молекулярно-тепловая, электромагнитная и ядерная.
Энергия – единая количественная мера различных форм движения материи. С различными формами движения материи связывают соответствующие виды энергии: механическая, тепловая, электромагнитная, ядерная.
В разделе физики «Механика» рассматривается механическая энергия.
Механическая энергия – энергия механического движения и взаимодействия тел системы или их частей.
Энергия – функция состояния системы. Величиной, характеризующей процесс перехода системы из одного состояния в другое, является работа.
Механическая работа совершается при перемещении тела под действием силы.
Пусть под действием постоянной силы 
тело В совершило перемещение s. Очевидно, что перемещение тела обусловлено только касательной к траектории составляющей силы 
, которая называется движущей силой. Нормальная составляющая силы не вызывает перемещения тела по пути s (рис. 1).
Работа силы по перемещению тела будет равна 
(1),
т.е. работа постоянной силы равна произведению силы на перемещение и на косинус угла между ними.
Рис.1
Работа – величина скалярная, зависит от величины силы, перемещения и угла между ними.
Если направление силы совпадает с направлением перемещения, то
и 
- работа положительна.
При 
и 
- работа не выполняется
При 
и 
- работа отрицательна, т.к. сила препятствует движению тела.
Работа измеряется в джоулях (Дж).
1 Дж – работа, совершаемая силой в 1 Н при перемещении тела на расстояние 1 м в направлении действия силы
1 Дж = 1 
м.
Если под воздействием внешних сил система переходит из одного состояния в другое, то изменение энергии системы равно работе А внешних сил, приложенных к системе.
(3).
Поэтому энергия измеряется в тех же единицах, что и работа, т.е. в джоулях (Дж), величена скалярная.
Если работа внешних сил положительна 
, (например, работу совершает сила тяги), то энергия системы возрастает за счет работы внешних сил.
И, наоборот, если работа внешних сил отрицательна 
, (например, действуют силы сопротивления), то энергии системы убывает за счет работы против внешних сил.
Следовательно, система может совершать работу только за счет изменения своей энергии.
Работа силы, совершаемая в единицу времени, называется мощностью. Мощность N это физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа:
|
В Международной системе (СИ) единица мощности называется ватт (Вт). Ватт равен мощности силы, совершающей работу в 1 Дж за время 1 с.
|
Если работа, совершаемая системой против внешних сил, равна нулю, то такая система называется замкнутой или изолированной.
Различают два вида механической энергии – кинетическую и потенциальную
Кинетическая энергия тела является мерой его механического движения (энергия движения).
(5)
определяет величину кинетической энергии тела.
Из формулы (5)следует, что кинетическая энергия зависит только от массы и скорости тела, т.е. является функцией состояния.
При 
, т.е. кинетическая энергия покоящегося тела равна 0.
При вращении тела его кинетическая энергия складывается из кинетических энергий отдельных точек тела
.
Таким образом, кинетическая энергия вращающегося тела зависит от момента инерции тела I и его угловой скорости 
.
Если 
, то 
Wк вр = 0, т.е. покоящееся тело кинетической энергией не обладает.
Потенциальная энергия - часть общей механической энергии системы, определяемая взаимным расположением тел или частей тела и характером сил взаимодействия между ними (энергия взаимодействия).
Пусть взаимодействие тел осуществляется посредством силовых полей (например, поле упругих сил, гравитационное поле), характеризующихся тем, что работа действующих сил при перемещении тела из одного положения в другое не зависит от вида траектории, а зависит только от начального и конечного положений. Такие поля называются потенциальными, а силы, действующие в них, консервативными или потенциальными.
Тело, находящееся в потенциальном поле, обладает потенциальной энергией, а работа, потенциальных сил равна его потенциальной энергии
А = 
(7).
Примером потенциального поля является гравитационное поле.
Если за нулевой уровень принять поверхность Земли, то величина
(9)
является потенциальной энергией тела массой m, поднятого на высоту h относительно поверхности Земли (здесь g = 9,81 м/c2 – ускорение свободного падения).
Из формулы (9)следует, что потенциальная энергия зависит от положения тела относительно нулевого уровня, т.е. от координаты тела. Так как нулевой уровень выбирается произвольно, то потенциальная энергия может иметь отрицательное значение (кинетическая энергия всегда положительна).
Если за нулевой уровень принять поверхность Земли, то 
для тела, поднятого над Землей, Wn = 0, для тел, находящихся на поверхности земли, и 
для тела, находящегося на дне шахты.
Так как потенциальная энергия не зависит от скорости движения, то потенциальной энергией обладают и покоящиеся тела.
Потенциальная энергия тела в гравитационном поле является результатом взаимодействия тела с Землей.
Полная механическая энергия системы равна сумме ее кинетической и потенциальной энергий
W = Wк + Wn.
Если в системе действуют только потенциальные силы (т.е. механическая энергия не преобразуется в другие виды энергии), то полная механическая энергия системы есть величена постоянная – закон сохранения полной механической энергии.
Закон сохранения полной механической энергии является частным случаем общего закона сохранения и превращения энергии, согласно которому энергия изолированной системы остаётся постоянной величиной независимо от изменений происходящих в самой системе
Т. е. изменение энергии системы возможно только в результате обмена энергией с окружающей средой. В этом случае система является неизолированной и увеличение (уменьшение) её энергии равно убыли (возрастанию) энергии взаимодействующих с ней тел и физических полей.
Закон сохранения энергии является фундаментальным законом природы и поэтому не имеет общего теоретического доказательства и может быть выведен лишь для частных примеров.
Date: 2015-12-10; view: 979; Нарушение авторских прав