Потенціальна енергія
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 A1a2 = A1b2. Робота на замкнутій траєкторії A=A1a2+A2b1=A1a2 - A1b2=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 Fт =mg . Робота цієї сили залежить тільки від вертикального переміщення тіла. На будь-якій ділянці шляху роботу сили тяжіння можна записати в проекціях вектора переміщення ΔSy на вісь OY, спрямовану вертикально вгору:
ΔA=FтΔScosα=-mgΔSy
де Fт = Fтy = - mg - проекція сили тяжіння,ΔSy - проекція вектора переміщення. При підйомі тіла вгору сила тяжіння здійснює негативну роботу, оскільки ΔSy > 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, :
Ep=mgh.(1.32)
Робота сили тяжіння дорівнює зміні потенціальної енергії тіла, узятій з протилежним знаком.
A=-(Ep2 - Ep1).
Знак (-) показує, що сила тяжіння, переміщаючи тіло, зменшує його потенціальну енергію. Потенціальна енергія Ep залежить від вибору нульового рівня, тобто від вибору початку координат осі OY. Фізичний зміст має не сама потенціальна енергія, а її зміна ΔEp=Ep2 - Ep1при 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=-(Ep2 - Ep1).
У загальному випадку зв'язок між силою потенціальною енергією визначається співвідношенням:
. (1.33)
.
Дата добавления: 2020-10-25; просмотров: 422;
Поиск по сайту
Узнать еще
Публикации по технике и механике
Публикации по биологии
Публикации по информатике
Публикации по строительству
Публикации по физике
Публикации по химии
Публикации по электронике
Публикации по искусству
Публикации по истории
Публикации по медицине
