Çfarë është energjia mekanike me një shembull. energji totale mekanike. Lidhja e forcës

Vlera që barazohet me gjysmën e produktit të masës së një trupi të caktuar dhe shpejtësinë e këtij trupi në katror quhet në fizikë energjia kinetike e trupit ose energjia e veprimit. Ndryshimi ose mospërputhja e energjisë kinetike ose lëvizëse të trupit për njëfarë kohe do të jetë e barabartë me punën që është bërë për një kohë të caktuar nga një forcë e caktuar që vepron në një trup të caktuar. Nëse puna e ndonjë force përgjatë një trajektoreje të mbyllur të çdo lloji është e barabartë me zero, atëherë një forcë e këtij lloji quhet fuqi potenciale. Puna e forcave të tilla potenciale nuk do të varet nga trajektorja përgjatë së cilës trupi lëviz. Një punë e tillë përcaktohet nga pozicioni fillestar i trupit dhe pozicioni i tij përfundimtar. Pika e fillimit ose zero për energjinë potenciale mund të zgjidhet absolutisht në mënyrë arbitrare. Vlera që do të jetë e barabartë me punën e bërë nga forca potenciale për të lëvizur trupin nga një pozicion i caktuar në pikën zero quhet në fizikë energji potenciale e trupit ose energji e gjendjes.

Për lloje te ndryshme forcat në fizikë, ekzistojnë formula të ndryshme për llogaritjen e energjisë potenciale ose të palëvizshme të një trupi.

Puna e bërë nga forcat potenciale do të jetë e barabartë me ndryshimin e kësaj energjie potenciale, e cila duhet të merret në shenjën e kundërt.

Nëse shtojmë kinetikën dhe energji potenciale trupi, ju merrni një vlerë të quajtur totali energji mekanike trupi. Në një pozicion ku një sistem i disa trupave është konservator, ligji i ruajtjes ose qëndrueshmërisë së energjisë mekanike është i vlefshëm për të. Një sistem konservator trupash është një sistem i tillë trupash që i nënshtrohet veprimit vetëm të atyre forcave potenciale që nuk varen nga koha.

Ligji i ruajtjes ose qëndrueshmërisë së energjisë mekanike është si vijon: "Gjatë çdo procesi që ndodh në një sistem të caktuar trupash, energjia totale mekanike e tij mbetet gjithmonë e pandryshuar". Kështu, energjia totale ose e gjithë mekanike e çdo trupi ose çdo sistemi trupash mbetet konstante nëse ky sistem trupash është konservator.

Ligji i ruajtjes ose qëndrueshmërisë së totalit ose të gjithë energjisë mekanike është gjithmonë i pandryshueshëm, domethënë, forma e shkrimit të tij nuk ndryshon, edhe kur ndryshon pika e fillimit. Kjo është pasojë e ligjit të homogjenitetit të kohës.

Kur forcat shpërndarëse fillojnë të veprojnë në sistem, për shembull, si një rënie graduale ose ulje e energjisë mekanike të kësaj sistem i mbyllur. Ky proces quhet shpërndarja e energjisë. Një sistem shpërhapës është një sistem në të cilin energjia mund të ulet me kalimin e kohës. Gjatë shpërndarjes, energjia mekanike e sistemit shndërrohet plotësisht në një tjetër. Kjo është plotësisht në përputhje me ligjin universal të energjisë. Kështu, nuk ka sisteme plotësisht konservatore në natyrë. Një ose një tjetër forcë shpërndarëse do të ndodhë domosdoshmërisht në çdo sistem trupash.

Energjia totale mekanike karakterizon lëvizjen dhe bashkëveprimin e trupave, prandaj varet nga shpejtësia dhe pozicioni relativ i trupave.

Energjia totale mekanike e një sistemi mekanik të mbyllur është e barabartë me shumën e energjive kinetike dhe potenciale të trupave të këtij sistemi:

Ligji i ruajtjes së energjisë

Ligji i ruajtjes së energjisë është një ligj themelor i natyrës.

Në mekanikën e Njutonit, ligji i ruajtjes së energjisë formulohet si më poshtë:

Energjia totale mekanike e një sistemi të izoluar (të mbyllur) trupash mbetet konstante.

Me fjale te tjera:

Energjia nuk lind nga asgjëja dhe nuk zhduket askund, ajo mund të kalojë vetëm nga një formë në tjetrën.

Shembuj klasikë të këtij pohimi janë: një lavjerrës susta dhe një lavjerrës në një fije (me amortizimin e papërfillshëm). Në rastin e një lavjerrës sustë, në procesin e lëkundjes, energjia potenciale e një sustë të deformuar (që ka një maksimum në pozicionet ekstreme të ngarkesës) shndërrohet në energjia kinetike ngarkesa (duke arritur maksimumin në momentin që ngarkesa kalon pozicionin e ekuilibrit) dhe anasjelltas. Në rastin e një lavjerrës në një fije, energjia potenciale e ngarkesës shndërrohet në energji kinetike dhe anasjelltas.

2 Pajisjet

2.1 Dinamometri.

2.2 Stenda laboratorike.

2.3 Ngarkesa me peshë 100 g - 2 copë.

2.4 Vizitor matës.

2.5 copë indet e buta ose të ndjerë.

3 Baza teorike

Skema e konfigurimit eksperimental është paraqitur në Figurën 1.

Dinamometri është i fiksuar vertikalisht në këmbën e trekëmbëshit. Një copë leckë e butë ose ndjesi vendoset në një trekëmbësh. Kur varni ngarkesat nga dinamometri, tensioni i sustës së dinamometrit përcaktohet nga pozicioni i treguesit. Në këtë rast, zgjatja maksimale (ose zhvendosja statike) e sustës X 0 ndodh kur forca elastike e një sustë me ngurtësi k balancon forcën e rëndesës së ngarkesës me masën t:

kx 0 = mg, (1)

ku g = 9,81 - nxitimi i rënies së lirë.

Rrjedhimisht,

Zhvendosja statike karakterizon pozicionin e ri të ekuilibrit O" të skajit të poshtëm të sustës (Fig. 2).

Nëse ngarkesa tërhiqet në një distancë POR nga pika O” dhe lirimi në pikën 1, atëherë ndodhin lëkundje periodike të ngarkesës. Në pika 1 dhe 2, të quajtura pika kthese, ngarkesa ndalon, duke ndryshuar drejtimin e lëvizjes. Prandaj, në këto pika, shpejtësia e ngarkesës v = 0.

Shpejtesi maksimale v m sëpatë ngarkesa do të ketë në pikën e mesit O". Në ngarkesën lëkundëse veprojnë dy forca: forca konstante e gravitetit. mg dhe forcë elastike e ndryshueshme kx. Energjia potenciale e një trupi në një fushë gravitacionale në një pikë arbitrare me koordinatë X është e barabartë me mgx. Energjia potenciale e trupit të deformuar, përkatësisht, është e barabartë me .

Në këtë rast, pika X = 0, që korrespondon me pozicionin e treguesit për një sustë të pashtrirë.

Energjia totale mekanike e ngarkesës në një pikë arbitrare është shuma e potencialit të saj dhe energjisë kinetike. Duke neglizhuar forcat e fërkimit, ne përdorim ligjin e ruajtjes së energjisë totale mekanike.

Le të barazojmë energjinë totale mekanike të ngarkesës në pikën 2 me koordinatën - (X 0 -POR) dhe në pikën O" me koordinatë -X 0 :

Duke zgjeruar kllapat dhe duke kryer transformime të thjeshta, ne sjellim formulën (3) në formë

Pastaj moduli i shpejtësisë maksimale të ngarkesave

Ngurtësia e një suste mund të gjendet duke matur zhvendosjen statike X 0 . Siç vijon nga formula (1),

Energjia totale mekanike karakterizon lëvizjen dhe bashkëveprimin e trupave, prandaj varet nga shpejtësia dhe pozicioni relativ i trupave.

Energjia totale mekanike e një sistemi mekanik të mbyllur është e barabartë me shumën e energjive kinetike dhe potenciale të trupave të këtij sistemi:

Ligji i ruajtjes së energjisë

Ligji i ruajtjes së energjisë është një ligj themelor i natyrës.

Në mekanikën e Njutonit, ligji i ruajtjes së energjisë formulohet si më poshtë:

Energjia totale mekanike e një sistemi të izoluar (të mbyllur) trupash mbetet konstante.

Me fjale te tjera:

Energjia nuk lind nga asgjëja dhe nuk zhduket askund, ajo mund të kalojë vetëm nga një formë në tjetrën.

Shembuj klasikë të këtij pohimi janë: një lavjerrës susta dhe një lavjerrës në një fije (me amortizimin e papërfillshëm). Në rastin e një lavjerrës sustë, në procesin e lëkundjes, energjia potenciale e një suste të deformuar (që ka një maksimum në pozicionet ekstreme të ngarkesës) shndërrohet në energjinë kinetike të ngarkesës (duke arritur maksimumin në momentin që ngarkesa kalon pozicionin e ekuilibrit) dhe anasjelltas. Në rastin e një lavjerrës në një fije, energjia potenciale e ngarkesës shndërrohet në energji kinetike dhe anasjelltas.

2 Pajisjet

2.1 Dinamometri.

2.2 Stenda laboratorike.

2.3 Ngarkesa me peshë 100 g - 2 copë.

2.4 Vizitor matës.

2.5 Një copë leckë e butë ose ndjesi.

3 Baza teorike

Skema e konfigurimit eksperimental është paraqitur në Figurën 1.

kx 0 = mg, (1)

ku g = 9,81 - nxitimi i rënies së lirë.

Rrjedhimisht,

Zhvendosja statike karakterizon pozicionin e ri të ekuilibrit O" të skajit të poshtëm të sustës (Fig. 2).

Në këtë rast, pika X = 0, që korrespondon me pozicionin e treguesit për një sustë të pashtrirë.

Le të barazojmë energjinë totale mekanike të ngarkesës në pikën 2 me koordinatën - (X 0 -POR) dhe në pikën O" me koordinatë -X 0 :

Duke zgjeruar kllapat dhe duke kryer transformime të thjeshta, ne sjellim formulën (3) në formë

Pastaj moduli i shpejtësisë maksimale të ngarkesave

Ngurtësia e një suste mund të gjendet duke matur zhvendosjen statike X 0 . Siç vijon nga formula (1),

Faqe 1

Energjia totale mekanike e trupit nuk ndryshon. Energjia ndryshon vetëm nga një formë në tjetrën.

Energjia e përgjithshme mekanike e një trupi, e cila nuk ndikohet nga forcat e fërkimit dhe rezistencës, mbetet e pandryshuar gjatë lëvizjes së tij.

Energjia totale mekanike e një trupi është shuma e energjive të tij kinetike dhe potenciale. Konsideroni plot energji trupi që bie lirshëm në kohë të ndryshme.

A ndryshon energjia totale mekanike e trupit kur ai bie.

Ajo që quhet energjia e përgjithshme mekanike e trupit.

Kështu, energjia totale mekanike e një trupi që kryen lëkundje harmonike është proporcionale me katrorin e amplitudës së lëkundjes. Prandaj, amplituda A e lëkundjeve gjithashtu nuk varet nga koha.

Siç shihet nga (44.13), energjia totale mekanike e trupit gjatë lëkundjeve të amortizuara zvogëlohet me kalimin e kohës sipas një ligji eksponencial.

Shuma e energjive kinetike dhe potenciale formon energjinë totale mekanike të trupit.

Një ndikim absolutisht elastik është një ndikim i tillë në të cilin ruhet energjia totale mekanike e trupave. Së pari, energjia kinetike konvertohet pjesërisht ose plotësisht në energjinë potenciale të deformimit elastik. Pastaj trupat kthehen në formën e tyre origjinale, duke zmbrapsur njëri-tjetrin. Si rezultat, energjia potenciale e deformimit elastik kthehet përsëri në energji kinetike dhe trupat fluturojnë larg me shpejtësi të përcaktuara nga dy kushte - ruajtja e energjisë totale dhe impuls total tel.

Kjo punë shpenzohet për shpërndarjen e energjisë ose ndryshimin e energjisë totale mekanike të trupit.

Sipas ligjit të ndryshimit të energjisë (shih § 28), puna e forcës së rezistencës (forca e jashtme) është e barabartë me rritjen e energjisë totale mekanike të trupit.

Ky rezultat është i parashikueshëm, pasi forca elastike nën të cilën lëviz trupi është konservatore, prandaj, ligji i ruajtjes së energjisë përmbushet - energjia totale mekanike e trupit ruhet.

Energjia mekanike karakterizon aftësinë e një trupi për të performuar punë mekanike. Energjia e përgjithshme mekanike e një trupi është shuma e energjisë kinetike dhe potenciale.

Energjia është rezerva e funksionimit të sistemit. Energjia mekanike përcaktohet nga shpejtësitë e lëvizjeve të trupave në sistem dhe të tyre marrëveshje reciproke; pra, është energjia e lëvizjes dhe ndërveprimit.

Energjia kinetike e një trupi është energjia e lëvizjes së tij mekanike, e cila përcakton aftësinë për të bërë punë. Në lëvizjen përkthimore, ajo matet me gjysmën e produktit të masës së trupit dhe katrorit të shpejtësisë së tij:

Në lëvizje rrotulluese energjia kinetike e trupit ka shprehjen:

Energjia potenciale e një trupi është energjia e pozicionit të tij, për shkak të pozicionit të ndërsjellë relative të trupave ose pjesëve të të njëjtit trup dhe natyrës së bashkëveprimit të tyre. Energjia e mundshme në fushën e gravitetit:

ku G është forca e gravitetit, h është diferenca midis niveleve të pozicioneve fillestare dhe përfundimtare mbi Tokë (në lidhje me të cilën përcaktohet energjia). Energjia potenciale e trupit të deformuar elastikisht:

ku C është moduli i elasticitetit, delta l është deformimi.

Energjia e mundshme në fushën e gravitetit varet nga vendndodhja e trupit (ose sistemi i trupave) në lidhje me Tokën. Energjia potenciale e një sistemi të deformuar në mënyrë elastike varet nga rregullimi relativ i pjesëve të tij. Energjia e mundshme lind për shkak të energjisë kinetike (ngritja e trupit, shtrirja e muskujve) dhe kur ndryshon pozicionin (rënia e trupit, shkurtimi i muskujve), kalon në energji kinetike.

Energjia kinetike e sistemit gjatë lëvizjes paralele në plan është e barabartë me shumën e energjisë kinetike të CM-së së tij (duke supozuar se masa e të gjithë sistemit është e përqendruar në të) dhe energjia kinetike e sistemit në lëvizjen e tij rrotulluese në lidhje me CM:

Energjia totale mekanike e sistemit është e barabartë me shumën e energjisë kinetike dhe potenciale. Në mungesë të forcave të jashtme, energjia totale mekanike e sistemit nuk ndryshon.

Ndryshimi i energjisë kinetike sistemi material në disa rrugë është e barabartë me shumën e punës së jashtme dhe forcat e brendshme në të njëjtën rrugë:

Energjia kinetike e sistemit është e barabartë me punën e forcave të frenimit që do të prodhohen kur shpejtësia e sistemit zvogëlohet në zero.

Në lëvizjet njerëzore, një lloj lëvizjeje kalon në një tjetër. Në të njëjtën kohë, energjia si masë e lëvizjes së materies gjithashtu kalon nga një formë në tjetrën. Pra, energjia kimike në muskuj shndërrohet në energji mekanike (potenciali i brendshëm i muskujve të deformuar në mënyrë elastike). Forca tërheqëse e muskujve e krijuar nga kjo e fundit funksionon dhe e shndërron energjinë potenciale në energji kinetike të pjesëve lëvizëse të trupit dhe trupave të jashtëm. Energjia mekanike e trupave të jashtëm (kinetike) transferohet gjatë veprimit të tyre në trupin e njeriut në hallkat e trupit, shndërrohet në energji potenciale të muskujve antagonistë të shtrirë dhe në energji termike të shpërndara (shih Kapitullin IV).