Энергия. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения энергии.

Способность системы совершать работу характеризует энергия.

Энергия является единой количественной мерой совершения работы различными формами материи.

С энергетической точки зрения работа - есть мера изменения формы движения материи. Например, механической энергии - в тепловую при трении, или, наоборот, - в двигателе внутреннего сгорания.

По природе происходящих при совершении работы процессов различают механическую, тепловую, электромагнитную, ядерную и др. виды энергии.

Механической называется энергия тела в целом, обусловленная его движением, или взаимодействием с др. телами.

Энергия, которой обладают движущиеся тела, называется кинетической.

Кинетическая энергия поступательного движения определяется по формуле:

. (21)

В случае вращательного движения кинетическая энергия определяется по аналогичной формуле: . (22)

Потенциальная энергия обусловлена расположением тела в силовом поле. Характерным свойством этих полей является то, что работа, совершаемая действующими силами, не зависит от формы пути, а определяется только его начальным и конечным положениями тела.

Такие поля называют потенциальными, а действующие в них силы – консервативными.

Рассмотрим некоторые примеры обладания телами потенциальной энергией.

Потенциальная энергия тела на высоте h над уровнем моря, или над уровнем, принятым за нулевой будет равна . (23)

Упругодеформированное тело обладает потенциальной энергией

. (24)

Кинетическая и потенциальная энергии являются формами полной механической энергии:

.

При переходе системы из одного состояния в другое и энергия расходуется на работу против внешних сил .

Работа самих внешних сил в этом случае , тогда

.

С другой стороны

Из полученной системы следует .

Если система изолирована, то , а это означает, что .

Таким образом, мы получили закон сохранения энергии: изолированной системы есть величина постоянная

. (25)