она характеризует способность физических тел или систем совершить движение.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 28Следующая ⇒

Существуют различные виды энергии, такие как механическая, внутренняя, ядерная и т.д. В процессе взаимодействия тел формы движения материи, и тем самым вид энергии, могут изменяться, но во всех случаях энергия, отданная (в той или иной форме) одним телом другому телу, равна энергии, полученной последним.

Работа является количественной мерой изменения энергии тела (системы тел) при переходе его из одного энергетического состояния в другое.Поэтому можно сказать, что энергия тела (системы тел) характеризует его способность совершить работу (энергия тела – это его работоспособность).

Изменение механического движения тела вызывается силами, действующими на него со стороны других тел, поэтому в механике вводится понятие работы силы.

Работа и энергия – различные физические величины, несмотря на то, что они имеют одинаковые единицы измерения.

Для прямолинейно движущегося тела и постоянной силы F (рис. 15) работа , где угол между и .

Но

может измениться как по модулю, так и по направлению. Тогда вводится понятие элементарной работы как dA= = ; где − угол между и , — проекция на , и предполагается, что на пути ds (при элементарных перемещениях) сила остается постоянной:

Тогда на участке траектории от точки 1 до точки 2 полная работа:

или графически представляется площадью заштрихованной фигуры на рис.16.

Таким образом, работа dA=

или − скалярная величина, которая представляет собой скалярное произведение двух векторов.

В системе СИ единицей энергии (работы) является джоуль (Дж).

1 Дж − это такая работа, которую совершает сила 1 Ньютон, передвигая тело по направлению воздействия силы на расстояние 1 метр (1Дж=1Н^. 1м)[4].

Скорость совершения работы характеризуется мощностью (N), которая представляет собой первую производную работы по времени и равняется работе, совершаемой за единицу времени.

, или как скалярное произведение векторов силы и скорости

Единица мощности ватт (Вт).

1 Вт − это такая мощность, при которой за время 1с совершается работа 1 Дж (1Вт = 1Дж/1с).

Если силу, как ускорение, разложить на тангенциальную и нормальную составляющие ( и

), то не совершает работу, так как для нее и поэтому работа силы (рис.12).

В механике различают два вида энергии: кинетическую энергию W_к (энергию механического движения системы) и потенциальную энергию W_р (энергия взаимодействия). В некоторых книгах потенциальную энергию обозначают буквой Т, а потенциальную − П

.

Полная механическая энергия Е=W_к +W_р.

Полная механическая энергия лишь часть полной энергии, о которой поговорим при рассмотрении теории относительности (см. далее).

Если под воздействием результирующей силы происходит элементарное изменение скорости тел от до

, то совершается положительная работа, которая равна приращению кинетической энергии тела : dA=d W_к .

Тогда, используя второй закон Ньютона (1) и учитывая, что = и , получаем для элементарной работы:

, а полная работа

; (так как , )

если υ₁=0, υ₂=υ, то . (5)

Кинетическая энергия системы зависит только от m и υ, т.е. W_к системы есть функция состояния ее движения, и так как в разных инерциальных системах отсчета υ разное, то W_к тоже зависит от выбора системы отсчета.

W_квсегда положительна!

Потенциальная энергия – это механическая энергия системы тел, определяемая их взаимным расположением (или взаимным расположением различных частей физического тела) и характером сил взаимодействия между ними. Она зависит от конфигурации тел системы и тесно связана с существованием силовых полей (гравитационных, электрических и др.).

Количество потенциальной энергии, определяемой взаимным расположением тел, демонстрируют опыты поднимания груза на различной высоте в гравитационном поле Земли. Изменение потенциальной энергии, определяемой взаимным расположением различных частей физического тела, можно показать на примере сжатия пружины.

Если работа, совершаемая силами поля при перемещении тела из одного положения в другое, не зависит от траектории, а зависит только от начального и конечного положения перемещенного тела, то такие поля называются потенциальными, а силы − консервативными. Примером потенциальных полей могут служить гравитационные, электрические поля зарядов, упругие и др. поля. Если же такая работа зависит от траектории, то такие силы называются диссипативные или неконсервативные (например, силы трения).



Количественная мера изменения механической энергии — Студопедия.Нет

3: величина, характеризующая действие одного тела на другое

4: величина, равная произведению массы на его скорость

 

Вопрос 21 (3375)

Какова единица мощности в системе СИ?

1:

2:

3:

 

Вопрос 22 (3376)

Выберите формулу работы силы упругости:

1: А=mgh

2: А=FS

3: А=к

4: нет правильного ответа

 

Вопрос 23 (3377)

Из формулы кинетической энергии получите массу тела:

1: m=

2: m=

3: m=

4: нет правильного ответа

 

Вопрос 24 (3378)

Что происходит с ускорением тела при переходе из одной инерциальной системы отчеты в другую?

1: изменяется

Не изменяется

3: зависит от выбора СО

4: изменяется по величине и направлению

 

Вопрос 25 (3379)

Какое движение называется тепловым?

1: беспорядочное движение взвешенных в жидкости или газе маленьких твердых частиц под ударом молекул

2: непрерывное хаотичное движение тел

Хаотичное непрерывное движение частиц внутри вещества, связанное с температурой

4: движение частиц внутри вещества, связанное с температурой

 

Вопрос 26 (3380)

Какая из написанных ниже формул газовых законов является формулой закона Шарля?

1: PV = (m/M)RT

2: PV = const

3: V/T = const

4: P/T = const

 

Вопрос 27 (3381)

Из приведенных формул выберите формулу закона, которому подчиняется изотермический процесс:

1: PV = const

2: P/T = const

3: PV/T = const

4: V/T = const

 

Вопрос 28 (3382)

Какое из определений является формулировкой 2го положения МКТ?

1: все вещества в природе состоят из мельчайших частиц, разделенных промежутками

Частицы внутри вещества непрерывно и хаотично движутся, их движение связано с температурой и называется тепловым

3: частицы внутри вещества взаимодействуют друг с другом, между ними действуют как силы притяжения, так и силы отталкивания

4: непрерывное, хаотичное движение частиц вещества, связанное с температурой

 

Вопрос 29 (3383)

Какая из написанных формул является формулой закона Гей-Люссака?

1: PV = (m/M) RT

2: P/T = const

3: V/T = const

4: PV = const

 

Вопрос 30 (3384)

Из приведенных формул выберите формулу закона, которому подчиняется изохорный процесс?

1: V/T = const

2: PV / T = const

3: PV = const

4: P/T = const

 

 

Энергия. Кинетическая энергия

Открытие закона сохранения импульса, который утверждает, что векторная сумма импульсов всех тел (или частиц) замкнутой системы есть величина постоянная, показало, что механическое движение тел имеет количественную меру, сохраняющуюся при любых взаимодействиях тел. Этой мерой является импульс. Однако только с помощью этого закона не получится дать полное объяснение всех закономерностей движения и взаимодействия тел.

Рассмотрим пример. Пуля массой 9 грамм, находящаяся в состоянии покоя, абсолютно безвредна. Но во время выстрела при соприкосновении с препятствием пуля деформирует его. Очевидно, что такой разрушительный эффект получается в результате того, что пуля обладает особой энергией.

Рассмотрим другой пример. Два одинаковых пластилиновых шара движутся навстречу друг другу с одинаковыми скоростями. При столкновении они останавливаются и соединяются в одно тело.

Сумма импульсов шаров до столкновения и после столкновения одинакова и равна нулю, закон сохранения импульсов выполняется. Что же происходит с пластилиновыми шарами при их столкновении, кроме изменения скорости движения? Шары деформируются и нагреваются.

Повышение температуры тел при столкновении можно наблюдать, например, при ударе молотка по свинцовому или медному стержню. Изменение температуры тела свидетельствует об изменениях скоростей хаотичного теплового движения атомов, из которого состоит тело. Следовательно, механическое движение не исчезло бесследно, оно превратилось в другую форму движения материи.

Вернёмся к вопросу, который мы ставили выше. Имеется ли в природе мера движения материи, сохраняющаяся при любых превращениях одной формы движения в другую? Опыты и наблюдения показали, что такая мера движения в природе существует. Её назвали энергией.

Энергией называется физическая величина, являющаяся количественной мерой различных форм движения материи.

Для точного определения энергии как физической величины необходимо найти её связь с другими величинами, выбрать единицу измерения и найти способы её измерения.

Механической энергией называется физическая величина, которая является количественной мерой механического движения.

В физике в качестве такой количественной меры поступательного механического движения при возникновении его из других форм движения или  превращении в другие формы движения принята величина, равная половине произведения массы тела на квадрат скорости его движения. Эта физическая величина называется кинетической энергией тела и обозначается буквой Е с индексом к:

Е_к = mv²/ 2

Так как скорость является величиной, зависящей от выбора системы отсчёта, значение кинетической энергии тела зависит от выбора системы отсчёта.

Существуеттеорема о кинетической энергии. «Работа приложенной к телу равнодействующей силы равна изменению его кинетической энергии»:

А = Е_к2 -Е_к1

Данная теорема будет справедлива и когда тело движется под действием константной силы, и когда тело движется по действием изменяющейся силы, направление которой не совпадает с направлением перемещения. Кинетическая энергия – это энергия движения. Получается, кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью v равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость:

А = mv²/ 2 = Е_к

Если тело будет двигаться со скоростью v, то для его полной остановки необходимо совершить работу:

А = -mv²/ 2 = -Е_к

За единицу работы в международной системе принимается работа, совершаемая силой 1 Ньютон на пути 1 метр при движении по направлению вектора силы. Эта единица измерения работы называется Джоулем.

1 Дж = 1 кг · м²/ c²

Так как работа равна изменению энергии, для измерения энергии используется та же единица измерения, что и для измерения работы. Единица энергии в СИ – 1Дж.

Остались вопросы? Не знаете, что такое кинетическая энергия?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

ЭНЕРГИЯ — это… Что такое ЭНЕРГИЯ?

(от греч. ἐνέργεια – деятельность) – одно из фундаментальных понятий совр. физики, обычно определяемое как способность материальных систем совершать работу при изменении своего состояния и непосредственно связываемое с законом сохранения Э. (см. Сохранения принципы). Понимание работы как изменения формы движения, рассматриваемого с его количеств. стороны (см. Ф. Энгельс, Диалектика природы, 1969, с. 78), позволяет трактовать Э. как единую общую меру качественно различных форм движения материи, сохраняющуюся при их взаимопревращениях, т.е. при переходах от одного вида Э. к другому. Исторически представления об Э. и ее сохранении сформировались в механике. Одним из источников этих представлений послужило основанное на обобщении опыта положение о невозможности создания вечного двигателя, а другим – спор об истинной мере механич. движения, возникший в конце 17 в. между сторонниками Декарта и Лейбница. Декарт считал мерой механич. движения количество движения mv, а Лейбниц, опираясь на Гюйгенса, – величину mv², к-рую он назвал «живая сила» (vis viva). Термин «Э.» впервые употребил в 1807 англ. ученый Т. Юнг, понимавший под Э. «произведение массы или веса тела на квадрат числа, выражающего скорость» («Lectures on natural philosophy and the mechanical arts», v. 1, L., 1807, p. 78). Первые шаги в распространении понятия Э. (еще в старой терминологии) за пределы механики были сделаны Румфордом (1798) и С. Карно (1824), к-рые установили взаимопревращение теплоты и механич. работы. Успехи физики нач. 19 в., обнаружившие взаимосвязь и взаимопревращение различных «сил» природы – тепловой, химической, электрической, магнитной и механической, создали предпосылки для формулирования и разработки закона сохранения и превращения Э. (Р. Майер, Дж. Джоуль и Г. Гельмгольц). При этом использовалась старая терминология и речь шла о сохранении «силы». Гельмгольц впервые ввел понятие потенциальной Э. (с помощью термина «сила напряжения») и дал выражения для Э. гравитационных, статических, электрических и магнитных явлений. Во 2-й пол. 19 в. закон сохранения и превращения Э. занял прочное положение в физике. Тогда же начала употребляться и совр. терминология. У. Томсон (Кельвин) дал в 1853 определение Э., часто цитируемое и поныне. Согласно этому определению, под Э. материальной системы в определ. состоянии понимается измеренная в механич. единицах работы сумма всех действий, к-рые производятся вне системы, когда она переходит из этого состояния любым способом в произвольно выбранное нулевое состояние. Дальнейшее развитие понятия Э. заключалось в уточнении представлений о потенциальной Э. и разработке учения о локализации и движении Э. (см. Д. Д. Гуло, Из истории учения о движении энергии, в сб.: История и методология естеств. наук, вып. 2, [М.], 1963, с. 135). К концу 19 в. подавляющее большинство ученых рассматривало Э. как атрибут материальных объектов. Однако нек-рые физики считали Э. особого рода невещественной (но материальной) субстанцией, для к-рой вещество и поле выступали в качестве резервуара. Крайнее выражение эта т. зр. получила в энергетизме.

Типология видов Э. строится либо по типу материальных объектов – носителей Э. (механическая, тепловая, химическая), либо по типу их взаимодействий (электромагнитная, гравитационная Э.). Механич. Э. подразделяется на кинетическую (зависящую только от скоростей движущихся тел) и потенциальную (зависящую только от положений тел), но это разделение не всегда может быть проведено. В термодинамике применяется разделение Э. с т. зр. возможности ее непосредств. превращения в механич. работу, на свободную и связанную. Др. способ разделения основывается на различении внешней и внутр. Э., причем под внешней Э. понимается механич. Э., а под внутренней – весь остаток полной Э.

В совр. физике понятие Э. продолжает оставаться одним из центральных. Спец. теория относительности установила закон взаимосвязи массы и Э. (E=mc²), толкование к-рого породило много филос. споров о характере этой взаимосвязи (см. А. Поликаров, Относительность и кванты, пер. с болг., М., 1966, с. 192–243; Н. Ф. Овчинников, Понятия массы и Э. в их историч. развитии и филос. значении, М., 1957). Единодушия в этом вопросе пока не достигнуто. В общей относительности теории до сих пор не разрешены трудности, связанные с реализацией требований закона сохранения Э. Квантовая теория рассматривает понятие Э. как элементарное, наряду с понятиями импульса, координаты и момента времени. Оператор Гамильтона, символизирующий полную Э. квантово-механич. системы, является главным матем. средством теоретич. схемы квантовой механики. В релятивистской квантовой теории элементарных частиц основополагающая роль понятия Э. сохраняется, однако там возникают трудности филос. порядка в интерпретации несохранения Э., имеющего место при виртуальных процессах в рамках соотношения неопределенностей (см. Микрочастицы). Лит.: Мейерсон Э., Тождественность и действительность, [пер. с франц.], СПБ, 1912, с. 196–225; Содди Ф., Материя и Э., пер. с англ., М., 1913; Πланк М., Принципы сохранения Э., пер. с нем., М.–Л., 1938; Кравец Т. П., Эволюция учения об Э. (1897–1947), «Успехи физич. наук», 1948, т. 36, вып. 3; Кузнецов Б. Г., Принципы классич. физики, М., 1958, с. 79–140; Овчинников Η. Φ., Принципы сохранения, М., 1966; Гельфер Я., Законы сохранения, М., 1967, с. 16–47, 75–152, 157–73; Theobald D. W., The concept of energy, L., [1966].

Философская Энциклопедия. В 5-х т. — М.: Советская энциклопедия. Под редакцией Ф. В. Константинова. 1960—1970.

Энергия как количественная мера движения материи. Работа силы. Мощность. Кинетическая энергия и ее связь с работой.

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 13Следующая ⇒

Работа переменной силы,

Если тело движется прямолинейно и на него действует постоянная сила F,составляющая угол с направлением движения тела, то работа этой силы равна:

 

(12)

 

Если на тело действует переменная сила, то пройденный путь разбивается на малые элементы, которые можно считать прямолинейными, а силу постоянной, тогда элементарная работа:

(13)

 

(14)

 

Средняя и мгновенная мощность,

 

Для характеристики скорости совершения работы вводят понятие мощности.

1 Вт – это мощность, при которой за 1 с совершается работа в 1 Дж.

Средняя мощность:

Мгновенной мощностью называется величина, равная отношению работа, к промежутку времени, за который она совершена:

(15) или (16)

 

(17)

 

Кинетическая энергия и потенциальная энергия тела, поднятого над землей,

 

Энергию, которой обладают движущиеся тела, называют кинетической энергией .

Кинетическая энергия определяется выражением:

(18)

(19)

Работа при перемещении м.т. равна изменению ее кинетической энергии:

(20)

(21)

 

— работа при перемещении м.т. равна изменению ее кинетической энергии

 

 

— это функция состояния системы, зависит от выбора СО и является величиной относительной.

 

б) Энергию взаимного расположения тел, учитывающую вид их взаимодействия, называют потенциальной энергией.

Величину (22)

 

называют потенциальной энергией, которой обладает тело массой m, поднятое над Землей на некоторую высоту h.

 

Работа силы равна убыли потенциальной энергии со знаком минус:

 

(23)

(24)

 

— работа силы равна убыли потенциальной энергии со знаком минус.

 

Потенциальная энергия. Потенциальное поле. Консервативные силы. Работа в поле потенциальных сил.

Пусть взаимодействие тел осуществляется посредством силовых полей (например, поля упругих сил, поля гравитационных сил), харак­теризующихся тем, что работа, совершаемая действующими силами при перемещении тела из одного положения в другое, не зависит от то­го, по какой траектории это перемещение произошло, а зависит только от начального и конечного положений. Такие поля называются потенциальными, а силы, действующие в них, — консервативными. Если же работа, совершаемая силой, зависит от траекто­рии перемещения тела из одной точки в другую, то такая сила называ­ется диссипативной; ее примером является сила трения.

Поле, работа сил которого по любой замкнутой траектории равна нулю, называется потенциальным (консервативным) полем. Гравитационное и электростатическое поля являются потенциальными полями.

Работа консервативных сил.

Тело, находясь в потенциальном поле сил, обладает потенциальной энергией П. Работа консервативных сил при элементарном (бесконечно малом) изменении конфигурации системы равна приращению потенциальной энергии, взятому со знаком минус, т.к. работа совершается за счет убыли потенциальной энергии: dA = — dП

Работа dA выражается как скалярное произведение силы F на перемещение , и можно записать

Потенциальная энергия тела.

Потенциальная энергия:энергия, обусловленная взаимным расположением тел или частей тела, зависящая от их взаимного положения во внешнем силовом поле.

— Сил тяжести:энергия возможного действия гравитационного поля Земли на материальную точку, расположенную на высоте h над уровнем моря.

— Упругой деформации: запас энергии деформированного упругого тела.

Элементарная работа dA, совершаемая силой F_x при бесконечно малой деформации dx, равна

15. Закон сохранения энергии для системы материальных точек. Применение закона сохранения импульса и закона сохранения энергии к анализу абсолютно упругого и абсолютно неупругого центрального удара (2 часа).

Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только силами тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел (см. §1.19):

Следовательно

Ek2 – Ek1 = –(Ep2 – Ep1) или

 



масса это количественная мера чего?

масса -это количество вещества.

Ма́сса (от греч. μάζα) — одна из важнейших физических величин. Первоначально (XVII—XIX века) она характеризовала «количество вещества» в физическом объекте, от которого, по представлениям того времени, зависели как способность объекта сопротивляться приложенной силе (инертность) , так и гравитационные свойства — вес. Тесно связана с понятиями «энергия» и «импульс» (по современным представлениям — масса эквивалентна энергии покоя) . В современной физике понятие «количество вещества» имеет другой смысл, а под массой понимают два различных свойства физического объекта: Гравитационная масса показывает, с какой силой тело взаимодействует с внешними гравитационными полями — фактически эта масса положена в основу измерения массы взвешиванием в современной метрологии, и какое гравитационное поле создаёт само это тело (активная гравитационная масса) — эта масса фигурирует в законе всемирного тяготения. Инертная масса, которая характеризует меру инертности тел и фигурирует в одной из формулировок второго закона Ньютона. Если произвольная сила в инерциальной системе отсчёта одинаково ускоряет разные исходно неподвижные тела, этим телам приписывают одинаковую инертную массу.

Я бы отнёс массу к первичным неопределяемым понятиям и величинам физики. Наподобие расстояния или времени.

Масса — это количественная мера материи Скорость — это количественная мера движения. Инерция — это свойство тела оставаться в состоянии покоя или равномерного прямолинейного движения в отсутствие внешних воздействий. Вес — это сила, с которой тело действует на опору.

7.3. Энергия как универсальная мера различных форм движений и взаимодействий

В общем случае энергия выражает количественную меру и качественную характеристику движения и взаимодействия материи во всех ее превращениях. Понятие энергии связывает воедино все явления природы.

В соответствии с различными формами движения материи рассматривают различные формы энергии: механическую, внутреннюю, электромагнитную, химическую, ядерную. Это деление до определенной степени условно. Так, химическая энергия складывается из кинетической энергии движения электронов и энергии взаимодействия электронов друг с другом и с атомными ядрами. Внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий хаотического движения молекул и атомов относительно центра масс тел и потенциальной энергии взаимодействия молекул и атомов друг с другом. Энергия системы однозначно зависит от параметров, характеризующих состояние системы. В случае непрерывной среды или поля вводятся понятия плотности энергии, т.е. энергии в единице объема, и плотности потока энергии, равной произведению плотности энергии на скорость ее перемещения.

Теория относительности показала, что энергия тела неразрывно связана с его массой m соотношением E = mc². Любое тело обладает энергией. Если масса покоящегося тела m₀, то его энергия покоя E₀ = m₀c². Энергия может переходить в другие виды энергии при превращениях частиц (распадах, ядерных реакциях).

Согласно классической физике энергия любой системы меняется непрерывно и может принимать любые значения. Квантовая теория утверждает, что энергия микрочастиц, движение которых происходит в ограниченном объеме пространства (например, электронов в атоме), принимает дискретный ряд значений. Так атомы испускают и поглощают электромагнитную энергию в виде дискретных порций — световых квантов, или фотонов.

Оказывается, что любая материальная система может совершить лишь ограниченное количество работы, соответствующее определенному в данных условиях количеству присущего ей движения.

Это свойство материальной системы совершать при переходе из данного состояния в некоторое другое определенную работу связано с ее энергией. Чем большую работу может совершить система при переходе в свое «нормальное» состояние, тем больше ее энергия в исходном состоянии. «Нормальным» состоянием системы называется такое ее состояние, в котором она уже не может совершать работу при данных условиях за счет энергии данного вида.

Энергия может быть выражена через величины, характеризующие строение и свойства материальной системы. Она является функцией состояния системы, характеризует способность системы к совершению работы при переходе из одного состояния в другое.

Разность энергий (изменение энергии), присущих системе в каких-либо состояниях, равна работе, совершаемой системой при переходе из одного состояния в другое:

W = W₁ – W₂ = A. (7.24)

Механической энергией, соответствующей данной форме движения материи, называется величина, равная работе, которая может быть произведена при полном превращении движения данной формы в механическую форму движения материи. Под механической энергией системы подразумевают сумму кинетической и потенциальной энергий.