Потенціальна енергія

<15 16 171819 20 21 >

Разом з кінетичною енергією, або енергією руху у фізиці важливу роль грає поняття потенціальної енергії або енергії взаємодії тіл. Потенціальною енергією називають енергію, яка визначається взаємним розташуванням взаємодіючих тіл або частин одного і того ж тіла.

Поняття потенціальної енергії можна ввести тільки для сил, робота яких не залежить від траєкторії руху тіла і визначається тільки початковим і кінцевим положеннями. Такі сили називаються консервативними, а силові поля, за допомогою яких відбувається взаємодія тіл, називаються потенціальними.

Робота консервативних сил на замкнутій траєкторії дорівнює нулю. Це твердження пояснює рисунок 1.20. Робота консервативної сили A_1a2 = A_1b2. Робота на замкнутій траєкторії A=A_1a2+A_2b1=A_1a2 - A_1b2=0.

Властивість консервативності мають сила тяжіння і сила пружності. Для цих сил можна ввести поняття потенційної енергії.

Рисунок 1.20. Рисунок 1.21.

Якщо тіло переміщається поблизу поверхні Землі, то на нього діє постійна за величиною і напряму сила тяжіння F_т =mg . Робота цієї сили залежить тільки від вертикального переміщення тіла. На будь-якій ділянці шляху роботу сили тяжіння можна записати в проекціях вектора переміщення ΔS_y на вісь OY, спрямовану вертикально вгору:

ΔA=F_тΔScosα=-mgΔS_y

де F_т = F_тy = - mg - проекція сили тяжіння,ΔS_y - проекція вектора переміщення. При підйомі тіла вгору сила тяжіння здійснює негативну роботу, оскільки ΔS_y > 0. Якщо тіло перемістилося з точки, розташованої на висоті h₁, в точку, розташовану на висоті h₂ від початку координатної осі OY (рис. 1.21), то сила тяжіння виконує роботу

A=-mg(h₂ - h₁) =-(mgh₂ - mgh₁).

Величина mgh називається потенціальною енергією тіла, що знаходиться на висоті h відносно нульового рівня, :

E_p=mgh.(1.32)

Робота сили тяжіння дорівнює зміні потенціальної енергії тіла, узятій з протилежним знаком.

A=-(E_p2 - E_p1).

Знак (-) показує, що сила тяжіння, переміщаючи тіло, зменшує його потенціальну енергію. Потенціальна енергія E_p залежить від вибору нульового рівня, тобто від вибору початку координат осі OY. Фізичний зміст має не сама потенціальна енергія, а її зміна ΔE_p=E_p2 - E_p1при переміщенні тіла з одного положення в інше. Ця зміна не залежить від вибору нульового рівня.

Величезну потенціальну енергію має вода в річках, піднята греблями. Опускаючись вниз, вода здійснює роботу, приводячи в рух потужні турбіни електростанцій.

Потенціальну енергію має всяке пружно деформоване тіло. Стисла або розтягнута пружина здатна зробити роботу. Енергію стислих і розтягнутих пружин використовують в заводних іграшках, механічному годиннику в рушницях і так далі.

Робота пружної сили визначається співвідношенням:

Величина називається потенціальною енергією пружно деформованого тіла.

Робота сили пружності дорівнює зміні потенціальної енергії пружно деформованого тіла.

A=-(E_p2 - E_p1).

У загальному випадку зв'язок між силою потенціальною енергією визначається співвідношенням:

. (1.33)

.

<15 16 171819 20 21 >

Дата добавления: 2020-10-25; просмотров: 359;

Поиск по сайту

Узнать еще