Існує два способи передачі руху (і відповідно енергії) від одного макротіла до іншого: у формі роботи і у формі теплоти (теплообміну). Зміну енергії першим способом називають механічною роботою.
Робота є мірою зміни і перетворення енергії:
Робота всіх сил, які діють на тіло, дорівнює зміні його кінетичної енергії — теорема про кінетичну енергію:
Робота сили тяжіння і пружності дорівнює зміні потенціальної енергії тіла, взятої з протилежним знаком:
Робота постійної сили — це скалярний добуток сили на переміщення (рис. 48):
Рис. 48
Якщо 90° > α ≥ 0, то А> 0 відповідає збільшенню енергії;
якщо α = 90°, то А = 0 відповідає незмінності енергії;
якщо 90°< α ≤ 180°, то А< 0 відповідає зменшенню енергії.
Робота постійної сили максимальна, якщо α = 0:
Одиниця роботи (енергії) — джоуль (Дж).
Джоуль — робота постійної сили в 1 Н при переміщенні тіла на відстань 1 м у напрямі дії сили:
Потужність — фізична величина, що характеризує швидкість виконання роботи.
|
|
Потужність — це величина, що дорівнює відношенню виконаної роботи до проміжку часу, протягом якого вона виконувалась:
— у механіці, - в електриці.
Одиниця потужності в СІ — ват (Вт):
Ват — потужність, за якої за 1 с виконується робота в 1 Дж.
Потужність при постійній силі дорівнює:
Іноді ще використовується одиниця потужності 1 к. с. (кінська сила): 1 к. с. = 736 Вт.
А = Nt, звідки одиниця роботи в техніці — 1 кВт ∙ год:
Відношення корисної роботи до повної роботи називається коефіцієнтом корисної дії (ККД) простого механізму (η).
Коефіцієнт корисної дії (η) визначається за формулами:
Корисна робота — робота, здійснювана двигуном і т. ін.
7. ЕНЕРГІЯ. ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ. ВИДИ ЕНЕРГІЇ
Енергія — це єдина міра різних форм руху матерії.
Енергія — одна з характерних властивостей матерії. На практиці механічний рух частково чи повністю перетворюється в інші форми — тепловий, електромагнітний рух.
Енергія характеризує рух системи, а також взаємодію тіл чи частинок у системі з урахуванням можливості переходу з однієї форми руху в іншу.
Енергія — функція стану системи, а робота — функція процесу переходу системи з одного стану в інший.
Закон збереження енергії: енергія не виникає і не зникає, вона тільки перетворюється із одного виду в інший і передається від одного тіла до іншого в рівних кількостях.
Види енергії:
1. Механічна енергія тіла (потенціальна і кінетична).
2. Внутрішня.
3. Електромагнітна (електрична + магнітна).
4. Хімічна.
5. Світлова.
6. Ядерна, або атомна.
Повна енергія тіла:
Енергія спокою тіла (внутрішня енергія):
7.1 Кінетична енергія - енергія механічної системи, що залежить від швидкостей руху її точок. Часто виділяють кінетичну енергію поступального і обертального руху.
|
|
Одиниця виміру в системі СІ - Джоуль.
Більш строго, кінетична енергія є різниця між повною енергією системи та її енергією спокою; таким чином, кінетична енергія - частина повної енергії, обумовлена рухом.
Історія
Вперше поняття кінетичної енергії було введено в працях Г. Лейбніца, присвячених поняттю " живої сили "
Фізичний сенс
Розглянемо систему, що складається з однієї частки, і запишемо другий закон Ньютона:
- Є результуюча всіх сил, що діють на тіло. Скалярно помножимо рівняння на переміщення частинки . Враховуючи, що , Отримаємо:
Якщо система замкнута, тобто , То , А величина
залишається постійною. Ця величина називається кінетичною енергією частинки. Якщо система ізольована, то кінетична енергія є інтегралом руху.
Для абсолютно твердого тіла повну кінетичну енергію можна записати у вигляді суми кінетичної енергії поступального та обертального руху:
де:
- Маса тіла
- Швидкість центру мас тіла
- момент інерції тіла
- кутова швидкість тіла.
Фізичний сенс роботи
Робота всіх сил, що діють на частинку, йде на приріст кінетичної енергії частинки:
Релятивізм
При швидкостях, близьких до швидкості світла, кінетична енергія якого об'єкта дорівнює
де:
- маса об'єкта;
- швидкість руху об'єкту в інерціальній системі відліку;
- швидкість світла у вакуумі ( - енергія спокою).
Цю формулу можна переписати в наступному вигляді:
При малих швидкостях () Останнє співвідношення переходить у звичайну формулу .