Энергия. Механическая работа. Мощность. Закон сохранения и превращения механической энергии

Энергия – общая количественная мера движения, преобразования и взаимодействия всех видов материи. Энергия не возникает из ничего и не исчезает; она только переходит из одной формы движения материи в другую. Понятие энергии связывает воедино все явления природы.

Понятие работы вводится для количественной характеристики процесса обмена энергией между телами.

Механическая работа ()– это скалярная физическая величина, характеризующая действие силы на определенном пути (рис. 12). Работа определяется соотношением:

.

Рис. 12. Пояснения к формуле механической работы

Мощность () – это скалярная физическая величина, характеризующая скорость совершения работы:

,

где - работа, - время, за которое она была совершена.

Мощность измеряется в ваттах (Вт).

Коэффициент полезного действия (КПД) механизма определяется отношением полезной работы к работе совершенной:

;

КПД измеряется в долях или процентах.

Кинетическая энергия () определяется работой, которую необходимо совершить, чтобы остановить тело массы , двигающееся со скоростью . Кинетическая энергия, которой обладает движущееся тело, определяется формулой:

Кинетическая энергия системы зависит от скоростей тел системы, а скорости, в свою очередь, зависят от выбора системы отсчета. В разных системах отсчета скорости одного и того же тела в один и тот же момент времени могут существенно различаться. Следовательно, кинетическая энергия – величина относительная.

Потенциальная энергия – это энергия взаимного расположения тел или частей одного и того же тела по отношению друг к другу (например, при деформации пружины) и определяемая характером сил взаимодействия между ними. Она численно равна работе, которую совершает тело при изменении своего пространственного положения, например, в поле силы тяжести Земли. Лишено физического смысла утверждение: «потенциальная энергия отдельно взятого тела», поскольку она рассматривается по отношению к другим телам. Потенциальная энергия, как и кинетическая, есть величина относительная.

- потенциальная энергия тела массы , поднятого над поверхностью Земли на высоту .

- потенциальная энергия сжатой пружины

- потенциальная энергия системы двух электрических зарядов.

Кинетическая и потенциальная энергии относятся к одной форме энергии – механической и могут взаимно превращаться друг в друга.

Закон сохранения и превращения механической энергии можно сформулировать следующим образом: полная механическая энергия системы тел, взаимодействующих между собой лишь силами тяготения и упругости, есть величина постоянная. При этом кинетическая энергия может переходить в потенциальную и наоборот (пример: изменение кинетической и потенциальной энергии тела, брошенного вертикально вверх).

В общем случае справедливо следующее определение работы. Работа - это мера изменения энергии. Единица измерения энергии и работы одинакова – джоуль (Дж).