Лекция – 9. Работа и энергия.
Механическая работа.
Мощность.
Энергия.
Кинетическая энергия.
Связь приращения кинетической энергии тела с работой внешних сил, приложенных к телу (теорема о кинетической энергии)
Силы потенциальные.
Потенциальная энергия.
Принцип минимума потенциальной энергии.
Три типа равновесия.
Полная механическая энергия.
Закон изменения механической энергии.
Консервативная система.
Замкнутая консервативная система.
Закон сохранения механической энергии.
Центр тяжести.
1
.
Механическая
работа.
Действие силы на тело, приводящее к
изменению модуля его скорости,
характеризуется физической величиной,
зависящей как от силы, так и от перемещения.
Эту величину называют механической
работой.
Пусть на тело, движущееся вдоль оси, х действует сила , направленная под некоторым углом к перемещению (Рис. 53).
Механическая работа силы при перемещении есть скалярная величина равная произведению модулей силы и перемещения и косинуса угла между ними:
Если угол
острый
,
то cos
,
и работа силы положительна (
.
Если угол
тупой
,
то соs
и работа силы отрицательна (
.Если
,
то сos
т.е. сила действует перпендикулярно к
перемещению и работы не совершает (А=0).
В системе СИ работа измеряется в джоулях (Дж). Один джоуль – есть работа силы 1н при перемещении 1м:
,
2.Мощность – механическая работа, совершаемая за единицу времени или отношение работы А к интервалу времени , в течение которого эта работа была совершена:
.
Иными словами,
работа есть величина ,характеризующая
быстроту выполнения работы. В системе
СИ мощность измеряется в ваттах (Вт).
Один ватт – это мощность при которой
за одну секунду совершается работа
1Дж (Вт=
).Часто
используют более крупные единицы
мощности: 1кВт=10
Вт
(киловатт), 1Вт=10
Вт(мегаватт).
Учитывая, что
и
,
получим
.
Если движение равномерное и прямолинейное, то мощность равна произведению силы, скорости и косинуса угла между ними. Поэтому мощность можно увеличить как за счет роста скорости, так и за счет увеличения действующей силы.
Если направления
силы и скорости совпадают, т.е.
,
то cos
=1
и
мощность равна произведению модулей
скорости и силы:
.
3. Энергия. Если вследствие изменения своего состояния механическая система может совершить работу, то говорят, что эта система обладает энергией.
Работа, совершенная системой равна изменению энергии при переходе из одного состояния в другое. Следовательно энергия, как и работа измеряется в джоулях.
Если система совершает работу, то её энергия уменьшается, если внешние силы совершают работу над системой, то её энергия увеличивается.
Различают две формы механической энергии – энергию кинетическую и энергию потенциальную.
4. Кинетическая энергия или энергия движения тела – скалярная физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости:
