ЭНЕРГИЯ. РАБОТА. МОЩНОСТЬ. ЗАКОНЫ СОХРАНЕНИЯ

Начинаем знакомство с простейшими формами энергии - потенциальной энергией тела в силовом поле и кинетической энергией движущегося тела. В этой главе показывается, что законы сохранения справедливы для изолированных систем и в целом обусловлены фундаментальными свойствами пространства и времени: однородностью, изотропностью пространства и однородностью времени.

Кинетическая энергия. Работа и мощность

Универсальной количественной мерой движения и взаимодействия всех видов материи является энергия. Кинетическая энергия Е_к — физическая скалярная величина, являющаяся мерой механического движения тел.

Уравнение движения тела массой т под действием внешней силы F имеет вид (рис. 1.6.1)

Рис. 1

(в проекции на направление движения).

Рис. 1.6.1. Движение тела массой т под действием силы F

Умножив обе части последнего равенства на vdt = dr, получим

Левая часть равенства есть полный дифференциал некоторой функции:

В случае если система замкнута, Р^внеш =0 и F_T= 0, тогда и

Если полный дифференциал некоторой функции, описывающей поведение системы, равен нулю, то эта функция может служить характеристикой состояния данной системы.

Функция состояния системы, определяемая только скоростью ее движения, называется кинетической энергией:

Кинетическая энергия — величина аддитивная:

и, так же как и скорость и, относительная (ее значение зависит от выбора системы координат).

Связь кинетической энергии с импульсом:

Связь кинетической энергии с работой и мощностью

Если постоянная сила действует на тело, то оно будет двигаться в направлении силы. Тогда элементарная работа по перемещению тела из одной точки в другую будет равна произведению силы F на перемещение dr:

или

Следовательно, работа силы, приложенной к телу на пути г, численно равна изменению кинетической энергии этого тела:

или

Изменение кинетической энергии dE_K равно работе внешних сил.

Скорость совершения работы (передачи энергии) называется мощностью, т.е. мощность есть работа, совершаемая в единицу времени.

Мгновенная мощность , или

Средняя мощность

Энергия и работа измеряются в СИ в единицах произведения силы на расстояние, т.е. в ньютонах на метр: 1 Н м = 1 Дж.

Кроме того, в качестве единицы измерения энергии используется внесистемная единица — электронвольт: 1 эВ = 1,6-10“¹⁹ Дж.

Мощность измеряется в ваттах: 1 Вт = 1 Дж/с.