Vrijednost koja je jednaka polovini proizvoda mase datog tijela i brzine ovog tijela na kvadrat naziva se u fizici kinetička energija tijela ili energija djelovanja. Promjena ili nepostojanost kinetičke ili pogonske energije tijela za neko vrijeme bit će jednaka radu koji je za određeno vrijeme izvršila određena sila koja djeluje na dato tijelo. Ako je rad bilo koje sile duž zatvorene putanje bilo koje vrste jednak nuli, tada se sila ove vrste naziva potencijalna snaga. Rad takvih potencijalnih sila neće ovisiti o putanji po kojoj se tijelo kreće. Takav rad je određen početnim položajem tijela i njegovim konačnim položajem. Početna tačka ili nula za potencijalnu energiju može se izabrati apsolutno proizvoljno. Vrijednost koja će biti jednaka radu potencijalne sile da pomjeri tijelo iz date pozicije u nultu tačku naziva se u fizici potencijalna energija tijela ili energija stanja.

Za razne vrste sila u fizici, postoje različite formule za izračunavanje potencijalne ili stacionarne energije tijela.

Rad potencijalnih sila bit će jednak promjeni ove potencijalne energije, koja se mora uzeti u suprotnom predznaku.

Ako dodamo kinetičke i potencijalna energija tijelo, dobijate vrijednost koja se zove total mehanička energija tijelo. U poziciji u kojoj je sistem od više tijela konzervativan, za njega vrijedi zakon održanja ili konstantnosti mehaničke energije. Konzervativni sistem tijela je takav sistem tijela koji je podložan djelovanju samo onih potencijalnih sila koje ne zavise od vremena.

Zakon održanja ili postojanosti mehaničke energije glasi: "Tokom bilo kojeg procesa koji se odvija u određenom sistemu tijela, njegova ukupna mehanička energija uvijek ostaje nepromijenjena." Dakle, ukupna ili sva mehanička energija bilo kojeg tijela ili bilo kojeg sistema tijela ostaje konstantna ako je ovaj sistem tijela konzervativan.

Zakon održanja ili konstantnosti ukupne ili sve mehaničke energije je uvijek nepromjenjiv, odnosno njegov oblik pisanja se ne mijenja, čak ni kada se promijeni početna tačka vremena. To je posljedica zakona homogenosti vremena.

Kada disipativne sile počnu da deluju na sistem, na primer, kao što je postepeno smanjenje ili smanjenje mehaničke energije ovog zatvoreni sistem. Ovaj proces se naziva disipacija energije. Disipativni sistem je sistem u kojem se energija može smanjiti tokom vremena. Tokom disipacije, mehanička energija sistema se u potpunosti pretvara u drugu. Ovo je u potpunosti u skladu sa univerzalnim zakonom energije. Dakle, u prirodi ne postoje potpuno konzervativni sistemi. U bilo kom sistemu tijela nužno će se pojaviti jedna ili ona disipirajuća sila.

Ukupna mehanička energija karakterizira kretanje i međudjelovanje tijela, stoga ovisi o brzinama i relativnom položaju tijela.

Ukupna mehanička energija zatvorenog mehaničkog sistema jednaka je zbiru kinetičke i potencijalne energije tijela ovog sistema:

Zakon o očuvanju energije

Zakon održanja energije je osnovni zakon prirode.

U Njutnovoj mehanici, zakon održanja energije je formulisan na sledeći način:

Ukupna mehanička energija izolovanog (zatvorenog) sistema tela ostaje konstantna.

Drugim riječima:

Energija ne nastaje ni iz čega i nigdje ne nestaje, može samo prelaziti iz jednog oblika u drugi.

Klasični primjeri ove tvrdnje su: opružno klatno i klatno na niti (sa zanemarljivim prigušenjem). U slučaju opružnog klatna, u procesu oscilovanja, potencijalna energija deformisane opruge (koja ima maksimum u ekstremnim položajima tereta) se pretvara u kinetička energija opterećenje (dostiže maksimum u trenutku kada opterećenje pređe ravnotežni položaj) i obrnuto. U slučaju klatna na niti, potencijalna energija tereta se pretvara u kinetičku energiju i obrnuto.

2 Oprema

2.1 Dinamometar.

2.2 Laboratorijski stalak.

2.3 Teret težine 100 g - 2 kom.

2.4 Mjerni lenjir.

2.5 Piece mekana maramica ili osjetio.

3 Teorijska osnova

Šema eksperimentalne postavke prikazana je na slici 1.

Dinamometar je fiksiran okomito u podnožju stativa. Komad meke tkanine ili filca stavlja se na stativ. Prilikom vješanja tereta sa dinamometra, napetost opruge dinamometra određuje se položajem kazaljke. U ovom slučaju, maksimalno izduženje (ili statički pomak) opruge X 0 nastaje kada elastična sila opruge sa krutošću k balansira silu gravitacije tereta sa masom t:

kx 0 =mg, (1)

gdje g = 9,81 - ubrzanje slobodnog pada.

shodno tome,

Statički pomak karakteriše novi ravnotežni položaj O" donjeg kraja opruge (slika 2).

Ako se teret povuče na dole ALI iz tačke O" i otpuštanje u tački 1, tada dolazi do periodičnih oscilacija tereta. U tačkama 1 i 2, zvane okretne tačke, opterećenje se zaustavlja, mijenjajući smjer kretanja. Dakle, u ovim tačkama, brzina opterećenja v = 0.

Max brzina v m sjekira opterećenje će imati u sredini O". Dvije sile djeluju na oscilirajuće opterećenje: stalna sila gravitacije mg i promjenljiva elastična sila kx. Potencijalna energija tijela u gravitacionom polju u proizvoljnoj tački sa koordinatom X je jednako mgx. Potencijalna energija deformiranog tijela, respektivno, jednaka je .

U ovom slučaju, poenta X = 0, što odgovara položaju pokazivača za neispruženu oprugu.

Ukupna mehanička energija tereta u proizvoljnoj tački je zbir njegove potencijalne i kinetičke energije. Zanemarujući sile trenja, koristimo zakon održanja ukupne mehaničke energije.

Izjednačimo ukupnu mehaničku energiju tereta u tački 2 sa koordinatom -(X 0 -ALI) i u tački O" sa koordinatom -X 0 :

Proširujući zagrade i izvodeći jednostavne transformacije, dovodimo formulu (3) u formu

Zatim modul maksimalne brzine opterećenja

Krutost opruge može se utvrditi mjerenjem statičkog pomaka X 0 . Kao što slijedi iz formule (1),

Ukupna mehanička energija karakterizira kretanje i međudjelovanje tijela, stoga ovisi o brzinama i relativnom položaju tijela.

Ukupna mehanička energija zatvorenog mehaničkog sistema jednaka je zbiru kinetičke i potencijalne energije tijela ovog sistema:

Zakon o očuvanju energije

Zakon održanja energije je osnovni zakon prirode.

U Njutnovoj mehanici, zakon održanja energije je formulisan na sledeći način:

Ukupna mehanička energija izolovanog (zatvorenog) sistema tela ostaje konstantna.

Drugim riječima:

Energija ne nastaje ni iz čega i nigdje ne nestaje, može samo prelaziti iz jednog oblika u drugi.

Klasični primjeri ove tvrdnje su: opružno klatno i klatno na niti (sa zanemarljivim prigušenjem). U slučaju opružnog klatna, u procesu oscilovanja, potencijalna energija deformisane opruge (koja ima maksimum u ekstremnim položajima tereta) se pretvara u kinetičku energiju tereta (dostiže maksimum u trenutku kada opterećenje prelazi ravnotežni položaj) i obrnuto. U slučaju klatna na niti, potencijalna energija tereta se pretvara u kinetičku energiju i obrnuto.

2 Oprema

2.1 Dinamometar.

2.2 Laboratorijski stalak.

2.3 Teret težine 100 g - 2 kom.

2.4 Mjerni lenjir.

2.5 Komad meke tkanine ili filca.

3 Teorijska osnova

Šema eksperimentalne postavke prikazana je na slici 1.

Dinamometar je fiksiran okomito u podnožju stativa. Komad meke tkanine ili filca stavlja se na stativ. Prilikom vješanja tereta sa dinamometra, napetost opruge dinamometra određuje se položajem kazaljke. U ovom slučaju, maksimalno izduženje (ili statički pomak) opruge X 0 nastaje kada elastična sila opruge sa krutošću k balansira silu gravitacije tereta sa masom t:

kx 0 =mg, (1)

gdje g = 9,81 - ubrzanje slobodnog pada.

shodno tome,

Statički pomak karakteriše novi ravnotežni položaj O" donjeg kraja opruge (slika 2).

Ako se teret povuče na dole ALI iz tačke O" i otpuštanje u tački 1, tada dolazi do periodičnih oscilacija tereta. U tačkama 1 i 2, zvane okretne tačke, opterećenje se zaustavlja, mijenjajući smjer kretanja. Dakle, u ovim tačkama, brzina opterećenja v = 0.

Max brzina v m sjekira opterećenje će imati u sredini O". Dvije sile djeluju na oscilirajuće opterećenje: stalna sila gravitacije mg i promjenljiva elastična sila kx. Potencijalna energija tijela u gravitacionom polju u proizvoljnoj tački sa koordinatom X je jednako mgx. Potencijalna energija deformiranog tijela, respektivno, jednaka je .

U ovom slučaju, poenta X = 0, što odgovara položaju pokazivača za neispruženu oprugu.

Ukupna mehanička energija tereta u proizvoljnoj tački je zbir njegove potencijalne i kinetičke energije. Zanemarujući sile trenja, koristimo zakon održanja ukupne mehaničke energije.

Izjednačimo ukupnu mehaničku energiju tereta u tački 2 sa koordinatom -(X 0 -ALI) i u tački O" sa koordinatom -X 0 :

Proširujući zagrade i izvodeći jednostavne transformacije, dovodimo formulu (3) u formu

Zatim modul maksimalne brzine opterećenja

Krutost opruge može se utvrditi mjerenjem statičkog pomaka X 0 . Kao što slijedi iz formule (1),

Stranica 1

Ukupna mehanička energija tijela se ne mijenja. Energija se samo mijenja iz jednog oblika u drugi.

Ukupna mehanička energija tijela, na koju ne djeluju sile trenja i otpora, ostaje nepromijenjena tokom njegovog kretanja.

Ukupna mehanička energija tijela je zbir njegove kinetičke i potencijalne energije. Razmislite puna energija slobodno padajuće tijelo u različito vrijeme.

Da li se ukupna mehanička energija tijela mijenja kada padne.

Ono što se zove ukupna mehanička energija tijela.

Dakle, ukupna mehanička energija tijela koje vrši harmonijske oscilacije proporcionalna je kvadratu amplitude oscilacije. Dakle, amplituda A oscilacija takođe ne zavisi od vremena.

Kao što se može vidjeti iz (44.13), ukupna mehanička energija tijela tokom prigušenih oscilacija opada s vremenom prema eksponencijalnom zakonu.

Zbir kinetičke i potencijalne energije čini ukupnu mehaničku energiju tijela.

Apsolutno elastičan udar je takav udar pri kojem se održava ukupna mehanička energija tijela. Prvo, kinetička energija se djelomično ili potpuno pretvara u potencijalnu energiju elastične deformacije. Tada se tijela vraćaju u prvobitni oblik odbijajući se jedno od drugog. Kao rezultat toga, potencijalna energija elastične deformacije ponovo se pretvara u kinetičku energiju i tijela se razlijeću brzinama određenim s dva uslova - očuvanjem ukupne energije i totalni impuls tel.

Apsolutno elastičan udar je takav udar pri kojem se održava ukupna mehanička energija tijela. Prvo, kinetička energija se djelomično ili potpuno pretvara u potencijalnu energiju elastične deformacije. Tada se tijela vraćaju u prvobitni oblik odbijajući se jedno od drugog. Kao rezultat toga, potencijalna energija elastične deformacije ponovo se pretvara u kinetičku energiju i tijela se razlijeću brzinama koje određuju dva uvjeta - očuvanje ukupne energije i ukupni impuls tijela.

Apsolutno elastičan udar je takav udar pri kojem se održava ukupna mehanička energija tijela. Prvo, kinetička energija se djelomično ili potpuno pretvara u potencijalnu energiju elastične deformacije. Tada se tijela vraćaju u prvobitni oblik odbijajući se jedno od drugog. Kao rezultat toga, potencijalna energija elastične deformacije ponovo se pretvara u kinetičku energiju i tijela se razlijeću brzinama koje određuju dva uvjeta - očuvanje ukupne energije i ukupni impuls tijela.

Ovaj rad se troši na rasipanje energije ili promjenu ukupne mehaničke energije tijela.

Prema zakonu promene energije (vidi § 28), rad sile otpora (spoljne sile) jednak je priraštaju ukupne mehaničke energije tela.

Ovaj rezultat je predvidljiv, budući da je elastična sila pod kojom se tijelo kreće konzervativna, dakle, zakon održanja energije je ispunjen - ukupna mehanička energija tijela je očuvana.

Mehanička energija karakterizira sposobnost tijela da radi mehanički rad. Ukupna mehanička energija tijela je zbir kinetičke i potencijalne energije.

Energija je rezerva operativnosti sistema. Mehanička energija je određena brzinama kretanja tijela u sistemu i njihovim međusobnog dogovora; dakle, to je energija kretanja i interakcije.

Kinetička energija tijela je energija njegovog mehaničkog kretanja, koja određuje sposobnost obavljanja rada. U translacijskom kretanju mjeri se polovinom umnožaka mase tijela i kvadrata njegove brzine:

At rotaciono kretanje kinetička energija tela ima izraz:

Potencijalna energija tijela je energija njegovog položaja, zbog međusobnog relativnog položaja tijela ili dijelova istog tijela i prirode njihove interakcije. Potencijalna energija u polju gravitacije:

gdje je G sila gravitacije, h je razlika između nivoa početne i krajnje pozicije iznad Zemlje (u odnosu na koju se energija određuje). Potencijalna energija elastično deformisanog tela:

gdje je C modul elastičnosti, delta l je deformacija.

Potencijalna energija u polju gravitacije zavisi od položaja tela (ili sistema tela) u odnosu na Zemlju. Potencijalna energija elastično deformisanog sistema zavisi od relativnog rasporeda njegovih delova. Potencijalna energija nastaje zbog kinetičke energije (podizanje tijela, istezanje mišića) i pri promjeni položaja (padanje tijela, skraćivanje mišića) prelazi u kinetičku energiju.

Kinetička energija sistema tokom ravnoparalelnog kretanja jednaka je zbiru kinetičke energije njegovog CM (pod pretpostavkom da je u njemu koncentrisana masa čitavog sistema) i kinetičke energije sistema u njegovom rotacionom kretanju u odnosu na CM:

Ukupna mehanička energija sistema jednaka je zbiru kinetičke i potencijalne energije. U nedostatku vanjskih sila, ukupna mehanička energija sistema se ne mijenja.

Promjena kinetičke energije materijalni sistem na nekom putu jednak je zbiru rada spoljašnjih i unutrašnje sile istim putem:

Kinetička energija sistema jednaka je radu sila kočenja koje će nastati kada se brzina sistema smanji na nulu.

U ljudskim pokretima jedna vrsta kretanja prelazi u drugu. Istovremeno, energija kao mjera kretanja materije također prelazi iz jednog oblika u drugi. Dakle, hemijska energija u mišićima se pretvara u mehaničku energiju (unutrašnji potencijal elastično deformisanih mišića). Sila vuče mišića koju stvara potonji radi i pretvara potencijalnu energiju u kinetičku energiju pokretnih dijelova tijela i vanjskih tijela. Mehanička energija spoljašnjih tela (kinetička) prenosi se tokom njihovog delovanja na ljudsko telo na karike tela, pretvara se u potencijalnu energiju istegnutih mišića antagonista i u raspršenu toplotnu energiju (videti Poglavlje IV).