Mekanik enerji iki türde gelir: kinetik Ve potansiyel. Kinetik enerji (veya hareket enerjisi), söz konusu cisimlerin kütleleri ve hızları tarafından belirlenir. Potansiyel enerji (veya konum enerjisi), birbirleriyle etkileşime giren cisimlerin göreceli konumuna (konfigürasyonuna) bağlıdır.

İş, kuvvet ve yer değiştirme vektörlerinin skaler çarpımı olarak tanımlanır. İki vektörün skaler çarpımı, bu vektörlerin modüllerinin çarpımına ve aralarındaki açının kosinüsüne eşit bir skalerdir.

Enerji ve iş kavramları birbiriyle yakından ilişkilidir.

Parçacık kinetik enerjisi

mV çarpımının parçacık momentum modülü p'ye eşit olduğu dikkate alındığında, ifade (4) şu şekilde verilebilir:

Parçacığa etki eden F kuvveti sıfır değilse kinetik enerji dt süresi boyunca bir artış alacaktır.

D nerede S- bir parçacığın dt süresi boyunca hareketi.

Büyüklük

isminde iş, ds yolu üzerinde F kuvveti tarafından yapılmıştır (ds, d yer değiştirme modülüdür) S).

(5)'ten, işin, hareketli bir parçacık üzerindeki bir kuvvetin etkisinin neden olduğu kinetik enerjideki değişimi karakterize ettiği sonucu çıkar.

Eğer dA = Fds, a ise, o zaman

Eşitliğin (6) her iki tarafını parçacık yörüngesi boyunca 1. noktadan 2. noktaya kadar entegre edelim:

Ortaya çıkan eşitliğin sol tarafı parçacığın kinetik enerjisindeki artışı temsil eder:

Sağ taraf, yol 1-2 üzerindeki F kuvvetinin A12 işidir:

Böylece ilişkiye ulaştık

bundan şu sonuç çıkıyor parçacığa etki eden tüm kuvvetlerin sonuçta ortaya çıkan işi parçacığın kinetik enerjisini arttırır.

Muhafazakar kuvvetler

İşi parçacığın hareket ettiği yola bağlı olmayan, yalnızca parçacığın başlangıç ​​ve son konumlarına bağlı olan kuvvetlere denir. tutucu.

Herhangi bir kapalı yol üzerinde kuvvetlerin yaptığı işin sıfır olduğunu göstermek kolaydır. 1 ve 2 noktaları (yine keyfi olarak alınmıştır) ile keyfi kapalı bir yolu (Şekil 1), Roma rakamları I ve II ile gösterilen iki bölüme ayıralım. Kapalı bir yol üzerindeki çalışma şu bölümlerde gerçekleştirilen çalışmalardan oluşur:

Bölüm II boyunca hareket yönünün tersine değiştirilmesine, tüm temel yer değiştirmelerin ds -ds ile değiştirilmesi eşlik eder, bunun sonucunda işaret tersine döner. Bundan şu sonuca varıyoruz. (8)'de bir değişiklik yaparak şunu elde ederiz:

İşin yol bağımsızlığından dolayı son ifade sıfırdır. Dolayısıyla korunumlu kuvvetler, herhangi bir kapalı yol üzerinde işi sıfır olan kuvvetler olarak tanımlanabilir.

Potansiyel enerji

Bu enerji, vücudun konumuna (yükseltildiği yüksekliğe) göre belirlenir. Bu nedenle buna konum enerjisi denir. Daha sıklıkla buna potansiyel enerji denir.

burada h keyfi bir seviyeden ölçülür.

Her zaman pozitif olan kinetik enerjinin aksine, potansiyel enerji pozitif ya da negatif olabilir.

Parçacığın korunumlu kuvvetlerin olduğu bir alanda hareket etmesine izin verin. 1. noktadan 2. noktaya geçerken üzerinde çalışma yapılır

A12 = Ep1-Ep2. (9)

Formül (7)'ye göre bu iş, parçacığın kinetik enerjisindeki artışa eşittir. Her iki ifadeyi de iş için aldığımızda, aşağıdaki sonucu veren bir ilişki elde ederiz:

Kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamına eşit olan E değerine parçacığın toplam mekanik enerjisi denir. Formül (10), E1=E2 anlamına gelir, yani. bu, korunumlu kuvvetlerin olduğu bir alanda hareket eden bir parçacığın toplam enerjisidir. Sabit kalır. Bu ifade ifade eder mekanik enerjinin korunumu kanunu Tek parçacıktan oluşan bir sistem için.

ENERJİNİN KORUNUMU KANUNU

Hem korunumlu hem de korunumlu olmayan dış kuvvetlerin etkisi altında birbirleriyle etkileşime giren N parçacıktan oluşan bir sistemi düşünelim. Parçacıklar arasındaki etkileşim kuvvetlerinin korunumlu olduğu varsayılmaktadır. Sistemin konfigürasyonunda bir değişiklik eşliğinde bir sistemi bir yerden başka bir yere taşırken parçacıklar üzerinde yapılan işi belirleyelim.

Dış korunumlu kuvvetlerin işi, bir dış kuvvet alanında sistemin potansiyel enerjisindeki bir azalma olarak temsil edilebilir:

formül (9) ile belirlenir.

İç kuvvetlerin yaptığı iş, parçacıkların ortak potansiyel enerjisindeki azalmaya eşittir:

dış kuvvet alanında sistemin potansiyel enerjisi nerede?

Korunumlu olmayan kuvvetlerin işini gösterelim.

Formül (7)'ye göre, tüm kuvvetlerin toplam çalışması, parçacıkların kinetik enerjilerinin toplamına eşit olan Ek sisteminin kinetik enerjisini arttırmak için harcanır:

Buradan,

Bu ilişkinin şartlarını şu şekilde gruplandıralım:

Kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı E sisteminin toplam mekanik enerjisini temsil eder:

Böylece korunumlu olmayan kuvvetlerin işinin sistemin toplam enerjisindeki artışa eşit olduğunu tespit ettik:

(11)'den korunumlu olmayan kuvvetlerin olmadığı durumda sistemin toplam mekanik enerjisinin sabit kaldığı sonucu çıkar:

biz geldik mekanik enerjinin korunumu kanunu, yalnızca korunumlu kuvvetlerin etkisi altındaki bir malzeme noktaları sisteminin toplam mekanik enerjisinin sabit kaldığını belirtir.

Sistem kapalıysa ve parçacıklar arasındaki etkileşim kuvvetleri korunumluysa, toplam enerji yalnızca iki terim içerir: (- parçacıkların karşılıklı potansiyel enerjisi). Bu durumda, mekanik enerjinin korunumu yasası, aralarında yalnızca korunumlu kuvvetlerin etki ettiği kapalı bir malzeme noktaları sisteminin toplam mekanik enerjisinin sabit kaldığı ifadesidir.

Atom Enerjisinin Uygulamaları Modern dünyada nükleer enerjinin uygulanması o kadar önemli hale geliyor ki, eğer yarın uyanırsak ve nükleer reaksiyonun enerjisi kaybolmuş olsaydı, bildiğimiz şekliyle dünya muhtemelen sona ererdi. Kaynakların barışçıl kullanımı...

Enerji türleri - insanlığın bildiği enerji türleri

“Enerji” kavramı, maddenin çeşitli hareket biçimlerinin ölçüsü ve maddenin hareketinin bir biçimden diğerine geçişinin ölçüsü olarak tanımlanmaktadır. Buna göre enerji türleri ve türleri, maddenin hareket biçimlerine göre ayrılır. Adam farklı enerji türleriyle ilgileniyor. Aslında teknolojik sürecin tamamı bir enerji türünün diğerine dönüştürülmesinden ibarettir. Teknolojik yolun geçişi sırasında enerji tekrar tekrar bir türden diğerine dönüştürülür, bu da çevredeki kayıplar ve dağılma nedeniyle faydalı miktarının azalmasına yol açar.

Bugün bilinen enerji türleri

• Mekanik
• Elektrik
• Kimyasal
• Termal
• Işık (Radyant)
• Nükleer (Atomik)
• Termonükleer (Füzyon)

Ayrıca rüzgar enerjisi veya jeotermal enerji gibi adları fiziksel bir anlamdan ziyade tanımlayıcı bir anlam taşıyan başka enerji türlerini de biliyoruz. Bu gibi durumlarda enerjinin doğasının fiziksel biçimi, kaynağının adı ile değiştirilir. Bu nedenle rüzgarın mekanik enerjisinden, rüzgar akışının enerjisinden veya jeotermal kaynakların termal enerjisinden bahsetmek daha doğrudur. Aksi takdirde, sahte enerjilerin sayısı sonsuza kadar çoğaltılabilir, çöp enerjisi, hidrojen enerjisi, zihinsel enerji veya yaşam enerjisi ve el enerjisi icat edilebilir. “Enerji” kelimesini belirli nesnelerle birleştirerek bu bağlantıyı fiziksel anlamdan mahrum bırakıyoruz. Psişik enerjinin veya irade enerjisinin miktarını ölçmek imkansızdır. Geriye kalan tek şey, nesnenin bir tür enerjiye sahip olduğuna dair bir ipucu, ancak ne tür olduğunu bilmiyoruz. Metin veya konuşmanın anlamsal yük taşımayan bir kelimeyle dolu olduğu ortaya çıktı, çünkü her nesne enerji taşır ve bundan bahsetmek anlamsızdır. Ve düşüncenin enerjisine benzetilerek, düşüncenin kütlesi, uzunluğu, genişliği ve yüksekliği ile yoğunluğu ortaya çıkmalıdır. Kısacası bu tür ifadeler, yazarın veya konuşmacının aptallığının ve cehaletinin açık bir kanıtıdır.

“Enerji” kelimesinin tanımıyla ilgili fiziksel kavramlar

Ancak “enerji” kelimesinin tanımıyla ilgili gerçek fiziksel kavramlara dönelim. Yukarıda sayılan enerji türleri insan tarafından bilinmekte ve uygarlık tarihi boyunca insan tarafından kullanılmıştır. Bunun tek istisnası, yalnızca 20. yüzyılın başında elde edilen atomik bozunma enerjisidir. Dolayısıyla günümüzde bisiklete binerken, sarkaçlı saatleri kullanırken veya vinçle yük kaldırıp indirirken hala mekanik enerji kullanıyoruz. Elektrik enerjisi, eski çağlardan beri yıldırım ve statik elektrik şeklinde bize tanıdık geliyor. Bununla birlikte, bu tür enerji yalnızca 19. yüzyılda Voltaik sütunun icat edilmesiyle - doğru akım pili ve - yaygın olarak kullanılmaya başlandı. Ancak çok eski çağlarda bile insanlar her yerde olmasa da bu enerji türünü biliyor ve kullanıyorlardı. Kaplamasının yalnızca elektrolizle yapılabileceği bilinen eski Mısır takıları ve ibadet nesneleri vardır. - hem eski çağlarda hem de günümüzde belki de en yaygın ve yaygın olarak kullanılan enerji türü. Ateş, kömür, brülör, kibritler ve yanmayla ilgili diğer birçok nesne, organik madde ve oksijenin kimyasal etkileşiminin enerjisine dayanır. Bugün, yüksek teknolojili "yanma" ve içinde gerçekleştirilmektedir. Ancak türbinler ve içten yanmalı motorlar gibi cihazların hammadde (kimyasal enerji) ile son ürün (elektrik enerjisi) arasında kötü bir aracı vardır. Ne yazık ki verimlilik Isı motorlarının sayısı küçüktür ve sınırlamalar materyalden değil teoriden kaynaklanmaktadır. Çünkü limit %40'tır. İnsan vücudu ve tüm hayvanlar kimyasal etkileşimler, kimyasal enerji temelinde çalışır. Bitkileri yiyerek güneş enerjisinin emilmesi nedeniyle oluşan kimyasal bağların enerjisini onlardan alırız. Yani dolaylı olarak yeryüzündeki tüm canlılar gibi insan da güneş enerjisinden beslenir. Güneş, gezegenimizde onsuz yaşamın olmayacağı enerjidir. Atomik ve termonükleer hariç hemen hemen tüm enerji türleri ve türleri, radyant güneş enerjisiyle ilgili olarak ikincil sayılabilir. Gelgitlerin mekanik enerjisi ve jeotermal kaynakların termal enerjisi de güneş radyasyonu ile ilişkili değildir.

Termonükleer enerji, merkezi armatürümüz olan Güneş'in çalışmasının temelini oluşturur.

Bu, güneş enerjisinin de Güneş'in derinliklerinde salınan termonükleer füzyon enerjisinin bir ürünü olduğu anlamına gelir. Bu nedenle, Dünya'da kullandığımız enerji türlerinin büyük çoğunluğunun birincil öncülleri termonükleer füzyon enerjisi formundadır. Nükleer veya atom enerjisi, “standart” doğal enerji döngüsünün dışında kalan tek enerji türüdür. İnsanın gelişinden önce doğa, (nadir istisnalar dışında) atom çekirdeğinin muazzam enerjinin açığa çıkmasıyla kütle noktası parçalanması süreçlerini bilmiyordu. Bunun istisnası, çevredeki kayaların ısıtılmasıyla atomik bozunma reaksiyonlarının meydana geldiği bir uranyum cevheri yatağı olan Afrika doğal "atomik reaktörüdür". Ancak doğada uranyum ve plütonyumun yarı ömürleri çok uzun olduğundan atomik bozunma milyonlarca yıl sürer. Uranyum ve plütonyumun yanı sıra diğer birçok atom da atomik bozunmaya maruz kalsa da, genel olarak bu süreçler, çevredeki maddede birim zamanda önemli değişikliklere neden olmaz. İnsanoğlu bombaları patlatarak, nükleer santraller inşa ederek, petrol, gaz ve kömür yakarak gezegenin enerji dengesinde değişiklikler yaptı. Elbette benzer süreçler insanlardan önce de yaşandı ama milyonlarca yıla yayıldı. Meteorlar düştü, ormanlar yandı, bataklıklardan ve dünya okyanuslarının kalınlığından karbondioksit salındı ​​ve uranyum çürüdü. Ancak yavaş yavaş - birim zaman başına küçük hacimlerde.

Alternatif kaynaklar

Günümüzde alternatif enerji türleri ve alternatif olanlar aktif olarak gelişmektedir. Ancak bu kelimeler zaten “enerji” kelimesine yönelik hatalı bir tutum içeriyor. Enerji kaynaklarını "alternatif" olarak adlandırarak onları "geleneksel" kaynaklarla (kömür, petrol ve gaz) karşılaştırıyoruz. Ve bu anlaşılabilir bir durum. Ama “alternatif enerji” derken saçma sapan konuşuyoruz çünkü arzularımızın dışında farklı enerji türleri de var. Rüzgar enerjisine alternatifin ne olduğu da belli değil çünkü o zaten var. Veya yıldızımızın güneş ve termonükleer enerjisine alternatif nedir? Her durumda, onu kullanıyoruz ve alternatifi olmadığı için buna alternatif demek garip. Önümüzdeki binlerce yıl içinde, gezegenin tüm ekosistemi güneş enerjisine dayalı olduğundan, güneş enerjisini kullanmaktan hiçbir yere gitmeyeceğiz. "Geleneksel olmayan enerji türleri", "yenilenebilir enerji türleri" veya "çevre dostu enerji türleri" kelimeleri de aynı şekilde tuhaf görünüyor. Ne tür enerji gelenekseldir? Şu veya bu enerji türü nasıl yenilenebilir? Çevre temizliği için enerji nasıl kontrol edilir? “Geleneksellik”, “yenilenebilirlik” ve “çevre dostu olmak” gibi ifadeler kullanmak daha makul ve doğrudur. O zaman her şey anında netleşecek ve anlaşılır hale gelecektir. Daha sonra neden-sonuç ilişkilerini sıraladıktan sonra aramaya başlayabilirsiniz. Geleneksel olmayan enerji kaynakları türleri, doğayı ve çevremizdeki dünyayı inceleyerek kolayca bulunabilir. Burada ısınma için gübre, saman ve kas gücünü kullanan bir jeneratör bulacaksınız.

Yenilenebilir enerji kaynakları yalnızca doğal süreçlerin olduğu ortamda aranmalıdır

Çok fazla benzer süreç yoktur ve bunların hepsi maddenin gezegenin etrafındaki hareketiyle (toprak, su, hava) ve ayrıca canlı organizmaların faaliyetleriyle ilişkilidir. Kesin olarak konuşursak, yenilenebilir enerji kaynakları yoktur, çünkü ana “pilimiz” - Güneş - sınırlı bir hizmet ömrüne sahiptir. Çevre dostu kaynakları aramak için öncelikle çevre dostu olma kriterlerini açıkça tanımlamanız gerekir, çünkü aslında gezegenin enerji dengesine yapılan herhangi bir insan müdahalesi çevreye zarar verir. Açıkçası çevre dostu enerji kaynakları olamaz çünkü her durumda çevreyi etkileyeceklerdir. Bu etkiyi ancak en aza indirebiliriz veya telafi edebiliriz. Bu durumda herhangi bir telafi edici etkinin küresel analitik tahmin modeli çerçevesinde gerçekleştirilmesi gerekmektedir.

Fizikte OGE bölümü: 1.18. Mekanik enerji. Mekanik enerjinin korunumu kanunu. Sürtünme kuvvetlerinin yokluğunda mekanik enerjinin korunumu yasasının formülü. Sürtünme kuvvetinin varlığında mekanik enerjinin dönüşümü.

1. Vücut enerjisi- Söz konusu vücut tarafından yapılabilecek işi gösteren fiziksel bir nicelik (sınırsız gözlem süresi de dahil olmak üzere herhangi bir süre için). Olumlu iş yapan bir vücut enerjisinin bir kısmını kaybeder. Vücuda pozitif iş yapılırsa vücudun enerjisi artar. Negatif iş için ise durum tam tersidir.

• Enerji, bir bedenin veya etkileşimli cisimler sisteminin iş yapma yeteneğini karakterize eden fiziksel bir niceliktir.
• SI enerji birimi 1 Joule(J).

2. Kinetik enerji Hareket eden cisimlerin enerjisi denir. Bir cismin hareketi sadece uzayda hareket olarak değil, aynı zamanda cismin dönüşü olarak da anlaşılmalıdır. Vücudun kütlesi ve hareketinin hızı (uzaydaki hareket ve/veya dönüş) ne kadar büyük olursa, kinetik enerji de o kadar büyük olur. Kinetik enerji, söz konusu cismin hızının ölçüldüğü cisme bağlıdır.

• Kinetik enerji E k vücut kütlesi M, hızla hareket ediyor v, formülle belirlenir E k = mv 2/2

3. Potansiyel enerji Etkileşen cisimlerin veya vücudun bölümlerinin enerjisi denir. Yer çekimi, elastik kuvvet ve Arşimet kuvvetinin etkisi altındaki cisimlerin potansiyel enerjisi arasında bir ayrım yapılır. Herhangi bir potansiyel enerji, etkileşimin gücüne ve etkileşime giren cisimler (veya vücudun bölümleri) arasındaki mesafeye bağlıdır. Potansiyel enerji koşullu sıfır seviyesinden ölçülür.

• Örneğin, Dünya yüzeyinin üzerine kaldırılan bir yük ve sıkıştırılmış bir yay potansiyel enerjiye sahiptir.
• Kaldırılmış bir yükün potansiyel enerjisi E p = mgh .
• Kinetik enerji potansiyel enerjiye dönüştürülebilir ve bunun tersi de geçerlidir.

4. Mekanik enerji bedenler denir kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamı . Bu nedenle, herhangi bir cismin mekanik enerjisi, söz konusu cismin hızının ölçüldüğü cismin seçimine ve ayrıca cismin kullanabileceği her türlü potansiyel enerji için koşullu sıfır seviyelerinin seçimine bağlıdır.

• Mekanik enerji, bir cismin veya cisimler sisteminin, cismin hızındaki veya etkileşen cisimlerin göreceli konumlarındaki bir değişiklik nedeniyle iş yapma yeteneğini karakterize eder.

5. İç enerji Bu, bir cismin mekanik enerjisinde bir azalmaya neden olmadan mekanik işin yapılabileceği bir cismin enerjisidir. İç enerji vücudun mekanik enerjisine bağlı değildir ve vücudun yapısına ve durumuna bağlıdır.

6. Enerjinin korunumu ve dönüşümü kanunu enerjinin hiçbir yerden ortaya çıkmadığını ve hiçbir yerde kaybolmadığını belirtir; yalnızca bir biçimden diğerine ya da bir bedenden diğerine geçer.

• Mekanik enerjinin korunumu kanunu: Sistemin gövdeleri arasında yalnızca yerçekimi ve elastik kuvvetler etki ediyorsa, kinetik ve potansiyel enerjinin toplamı değişmeden kalır, yani mekanik enerji korunur.

Masa "Mekanik enerji. Enerjinin korunumu kanunu".

7. Mekanik enerjideki değişim genel durumda cisimler sistemi, sistemin dışındaki cisimlerin işi ile iç sürtünme ve direnç kuvvetlerinin işinin toplamına eşittir: ΔW = A harici + A dissip

Eğer cisimler sistemi kapalı (A harici = 0), o zaman ΔW = A dağılma, yani cisimler sisteminin toplam mekanik enerjisi yalnızca sistemin iç enerji tüketen kuvvetlerinin (sürtünme kuvvetleri) çalışması nedeniyle değişir.

Eğer cisimler sistemi tutucu (yani A tr = 0 sürtünme ve direnç kuvveti yoktur), o zaman ΔW = A harici, yani cisimler sisteminin toplam mekanik enerjisi yalnızca sistemin dışındaki kuvvetlerin çalışması nedeniyle değişir.

8. Mekanik enerjinin korunumu kanunu: Kapalı ve korunumlu bir cisimler sisteminde toplam mekanik enerji korunur: ΔW = 0 veya W p1 + W k1 = W p2 + W k2. Momentum ve enerjinin korunumu yasalarını temel denklemlere uygulayalım. vücut çarpışma modelleri .

• Kesinlikle esnek olmayan etki(çarpışmadan sonra vücutların aynı hızda birlikte hareket ettiği bir çarpışma). Cisimler sisteminin momentumu korunur, ancak toplam mekanik enerji korunmaz:

• Kesinlikle elastik etki(sistemin mekanik enerjisinin korunduğu etki). Hem cisimler sisteminin momentumu hem de toplam mekanik enerji korunur:

Çarpışmadan önce cisimlerin kütle merkezlerinden geçen düz bir çizgide hareket ettiği çarpışmaya çarpışma denir. merkezi vuruş .

Şema İleri düzey«

Fizik dersi özeti “Mekanik enerji. Enerjinin korunumu kanunu".Sonraki adımları seçin:

Mekanikte iki tür enerji vardır: kinetik ve potansiyel. Kinetik enerji Serbestçe hareket eden herhangi bir cismin mekanik enerjisini çağırın ve bunu, cismin tamamen durana kadar yavaşladığında yapabileceği iş ile ölçün.
Bırak vücut İÇİNDE, hızla hareket ediyor v başka bir bedenle etkileşime girmeye başlar İLE ve aynı zamanda yavaşlıyor. Bu nedenle vücut İÇİNDE vücudu etkiler İLE biraz güçle F ve yolun temel bölümünde dsçalışır

Newton'un üçüncü yasasına göre B cismine aynı anda bir kuvvet etki etmektedir. -F teğet bileşeni olan -F τ Vücudun hızının sayısal değerinde bir değişikliğe neden olur. Newton'un ikinci yasasına göre

Buradan,

Vücudun tamamen durana kadar yaptığı iş:

Dolayısıyla, öteleme yaparak hareket eden bir cismin kinetik enerjisi, bu cismin kütlesinin hızının karesiyle çarpımının yarısına eşittir:

(3.7)

Formül (3.7)'den bir cismin kinetik enerjisinin negatif olamayacağı açıktır ( Ek ≥ 0).
Sistem aşağıdakilerden oluşuyorsa N Aşamalı olarak hareket eden cisimler varsa, bunu durdurmak için bu cisimlerin her birini frenlemek gerekir. Bu nedenle, mekanik bir sistemin toplam kinetik enerjisi, içerdiği tüm cisimlerin kinetik enerjilerinin toplamına eşittir:

(3.8)

Formül (3.8)'den açıkça görülmektedir ki E k yalnızca kütlelerin büyüklüğüne ve içerdiği cisimlerin hareket hızlarına bağlıdır. Bu durumda vücut kütlesinin nasıl olduğu önemli değildir. ben ben hız kazandı ben. Başka bir deyişle, Bir sistemin kinetik enerjisi onun hareket durumunun bir fonksiyonudur.
Hızlar benönemli ölçüde referans sisteminin seçimine bağlıdır. (3.7) ve (3.8) formüllerini türetirken, hareketin eylemsiz bir referans çerçevesinde ele alındığı varsayılmıştır, çünkü aksi takdirde Newton yasalarından yararlanılamazdı. Ancak birbirine göre hareket eden farklı eylemsiz referans sistemlerinde hız ben Ben sistemin gövdesi ve dolayısıyla Eki ve tüm sistemin kinetik enerjisi aynı olmayacaktır. Dolayısıyla sistemin kinetik enerjisi referans çerçevesinin seçimine bağlıdır; miktar akraba.
Potansiyel enerji- bu, göreceli konumları ve aralarındaki etkileşim kuvvetlerinin doğası ile belirlenen bir cisimler sisteminin mekanik enerjisidir.
Sayısal olarak, bir sistemin belirli bir konumdaki potansiyel enerjisi, sistemi bu konumdan potansiyel enerjinin geleneksel olarak sıfır olduğu varsayılan konuma hareket ettirirken sisteme etki eden kuvvetlerin yapacağı işe eşittir ( E n= 0). “Potansiyel enerji” kavramı yalnızca muhafazakar sistemler için geçerlidir; Etki eden kuvvetlerin çalışmasının yalnızca sistemin başlangıç ​​ve son konumlarına bağlı olduğu sistemler. Yani bir yük ağırlığı için P, yüksekliğe yükseltilmiş H potansiyel enerji eşit olacaktır En = Ph (E n= 0 H= 0); bir yaya bağlı bir yük için, E n = kΔl 2 / 2, Nerede Δl- yayın uzaması (sıkışması), k– sertlik katsayısı ( E n= 0 ben= 0); kütleli iki parçacık için m 1 Ve m2 evrensel çekim yasası tarafından çekilen, , Nerede γ - yerçekimi sabiti, R– parçacıklar arasındaki mesafe ( E n= 0 R → ∞).
Bir kütle kütlesi olan Dünya sisteminin potansiyel enerjisini ele alalım. M, yüksekliğe yükseltilmiş H Dünya yüzeyinin üstünde. Böyle bir sistemin potansiyel enerjisindeki azalma, bir cismin Dünya'ya serbest düşüşü sırasında gerçekleştirilen yerçekimi kuvvetlerinin çalışmasıyla ölçülür. Bir cisim dikey olarak düşerse

Nerede E hayır– sistemin potansiyel enerjisi H= 0 (“-” işareti potansiyel enerji kaybı nedeniyle işin yapıldığını gösterir).
Aynı cisim eğik bir düzlemden aşağı düşerse ben ve dikeye α eğim açısıyla ( lcosα = h), bu durumda yerçekimi kuvvetlerinin yaptığı iş önceki değere eşittir:

Son olarak, eğer vücut keyfi bir eğrisel yörünge boyunca hareket ederse, o zaman bu eğrinin aşağıdakilerden oluştuğunu hayal edebiliriz: N küçük düz bölümler ben ben. Yerçekimi kuvvetinin bu bölümlerin her birine yaptığı iş eşittir

Tüm eğrisel yol boyunca yerçekimi kuvvetlerinin yaptığı iş açıkça şuna eşittir:

Yani yerçekimi kuvvetlerinin işi yalnızca yolun başlangıç ​​ve bitiş noktalarının yükseklik farkına bağlıdır.
Dolayısıyla potansiyel (korunumlu) kuvvet alanındaki bir cismin potansiyel enerjisi vardır. Sistemin konfigürasyonunda sonsuz küçük bir değişiklikle, korunumlu kuvvetlerin işi, eksi işaretiyle alınan potansiyel enerjideki artışa eşittir, çünkü iş potansiyel enerjideki azalma nedeniyle yapılır:

Buna karşılık, iş dA kuvvetin nokta çarpımı olarak ifade edilir F taşımak doktor olduğundan son ifade şu şekilde yazılabilir:

(3.9)

Bu nedenle eğer fonksiyon biliniyorsa E n(r), o zaman ifade (3.9)'dan kuvvet bulunabilir F modüle ve yöne göre.
Muhafazakar kuvvetler için

Veya vektör biçiminde

Nerede

(3.10)

(3.10) ifadesiyle tanımlanan vektöre denir P skaler fonksiyonunun gradyanı; ben, j, k- koordinat eksenlerinin (orts) birim vektörleri.
Özel fonksiyon türü P(bizim durumumuzda E n) yukarıda gösterildiği gibi kuvvet alanının doğasına (yerçekimi, elektrostatik vb.) bağlıdır.
Toplam mekanik enerji W sistem kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamına eşittir:

Bir sistemin potansiyel enerjisinin tanımından ve dikkate alınan örneklerden, bu enerjinin, tıpkı kinetik enerji gibi, sistemin durumunun bir fonksiyonu olduğu açıktır: yalnızca sistemin konfigürasyonuna ve ilişkideki konumuna bağlıdır. dış organlara. Sonuç olarak sistemin toplam mekanik enerjisi aynı zamanda sistemin durumunun da bir fonksiyonudur. yalnızca sistemdeki tüm cisimlerin konumuna ve hızlarına bağlıdır.

1) Kinetik enerji.

Vücudun bir kütlesi varsa M v hızıyla hareket ediyorsa enerjisi vardır,

İş, vücudun kinetik enerjisindeki değişime eşittir: .

2) Potansiyel enerji.

Herhangi bir kütle M, yerçekiminin etkisi altında enerjiye sahiptir: ,

burada h, koşullu sıfır seviyesinin üzerindeki yüksekliktir, g ise serbest düşüşün ivmesidir.

Elastik olarak deforme olmuş bir cismin potansiyel enerjisi de vardır. Yay sertliği ise k miktarda deforme olmuş X, o zaman enerjiye sahiptir: ,

Potansiyel enerji, cisimler (veya parçaları) arasındaki etkileşimin enerjisidir.

Bedenlerin her etkileşiminin potansiyel enerjiyle karakterize edilmediğine dikkat edin. Çalışması yörüngenin şekline bağlı olmayan, yalnızca gövdelerin başlangıç ​​ve son konumlarına göre belirlenen özel kuvvetler vardır (Şek.). Bu tür kuvvetlere denir tutucu. Örneğin, korunumlu kuvvetler yerçekimini ve esnekliği içerirken, korunumlu olmayan kuvvetler sürtünmeyi içerir.

İş, eksi işaretiyle potansiyel enerjideki değişime eşittir:

Enerji ölçüm birimi 1 Joule'dür.

Enerjinin korunumu kanunu.

Muhafazakar bir mekanik sistemi ele alalım, yani. yalnızca korunumlu kuvvetlerin faaliyet gösterdiği bir sistem.

Korunum kanunu toplam enerji için formüle edilmiştir.

Enerji dolu mekanik bir sistem, bu sisteme dahil olan cisimlerin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamıdır:

Bu yüzden, Kapalı muhafazakar bir mekanik sistemde toplam enerji korunur.

Veya, konservatif sistemlerde dış etkinin yokluğunda toplam enerji sabit kalır.

Genellikle potansiyel enerji koordinatların bir fonksiyonudur. Bir koordinat düzleminde toplam enerji ve potansiyel enerji grafiklerini çizelim. Potansiyel enerji grafiği artabilir veya azalabilir ancak toplam enerji grafiği yataydır çünkü toplam enerji sabittir (konservatif sistemlerde).

ABC potansiyel bir deliktir.

CDR potansiyel bir engeldir.

Merkez top vuruşu.

Korunum yasalarından biri de cisimlerin etkisi olan birçok fiziksel problemi analiz etmek ve çözmek için kullanılır.

Vurmak- Etkileşimin çok kısa sürdüğü iki veya daha fazla cismin çarpışması.

Çarpma sırasında cisimler arasında enerji ve momentumun yeniden dağıtımı meydana gelir. Bu durumda sistemin mekanik enerjisinin bir kısmı mekanik olmayan enerjiye dönüşebilir.

Sınırlayıcı etki türlerini ele alalım.

1. Esnek olmayan darbe, gövdelerin tek bir bütün olarak hareket ettiği, mekanik enerjinin bir kısmının deformasyona harcandığı ve mekanik olmayan formlara (termal) dönüştüğü bir etkidir. Esnek olmayan bir çarpışma sırasında, sadece Momentumun korunumu yasası.
2. Kesinlikle elastik darbe, mekanik enerjinin mekanik olmayan diğer enerji türlerine dönüşmediği bir etkidir. Çarpmanın ardından cesetler şekil ve boyutlarına tamamen kavuşuyor. Sistemin toplam enerjisi korunur. Kesinlikle elastik bir etkiyle momentum ve enerjinin korunumu yasaları da karşılanır.

İki topun merkezi etkisini düşünün.

Darbe denir merkeziçarpmadan önce toplar kütle merkezlerinden geçen bir çizgi boyunca hareket ediyorsa.

Kitlelerin bilinmesini sağlayın m 1, m 2 ve topların çarpmadan önceki hızı: v1, v2