Потенциална енергия. Потенциална и кинетична енергия

Мускулите, които движат връзките на тялото, извършват механична работа.

работав някаква посока е произведението на силата (F), действаща в посоката на движение на тялото по пътя, който е изминало(S): A = F S.

Извършването на работа изисква енергия. Следователно, когато се извършва работа, енергията в системата намалява. Тъй като за извършване на работа е необходим запас от енергия, последният може да се дефинира, както следва: Енергия – това е възможност за извършване на работа, това е някаква мярка за "ресурса", наличен в механичната система за нейното изпълнение. Освен това енергията е мярка за прехода от един вид движение към друг.

В биомеханиката следните основни видове енергия:

Потенциал, в зависимост от взаимното разположение на елементите на механичната система на човешкото тяло;

Кинетично транслационно движение;

Кинетично въртеливо движение;

Потенциална деформация на елементите на системата;

Термична;

обменни процеси.

Общата енергия на една биомеханична система е равна на сумата от всички изброени видове енергия.

Чрез повдигане на тялото, компресиране на пружината, е възможно да се натрупа енергия под формата на потенциал за нейното последващо използване. Потенциалната енергия винаги е свързана с една или друга сила, действаща от едно тяло към друго. Например Земята действа чрез гравитация върху падащ обект, компресирана пружина действа върху топка, опъната тетива действа върху стрела.

Потенциална енергия – това е енергията, която едно тяло притежава поради положението си спрямо други тела или поради взаимното разположение на частите на едно тяло.

Следователно гравитационната сила и еластичната сила са потенциални.

Гравитационна потенциална енергия: En = m g h

Където k е твърдостта на пружината; x е неговата деформация.

От горните примери може да се види, че енергията може да се съхранява под формата на потенциална енергия (повдигане на тяло, компресиране на пружина) за по-късна употреба.

В биомеханиката се разглеждат и вземат предвид два вида потенциална енергия: поради взаимното разположение на връзките на тялото към повърхността на Земята (гравитационна потенциална енергия); свързани с еластична деформация на елементите на биомеханичната система (кости, мускули, връзки) или всякакви външни обекти (спортно оборудване, инвентар).

Кинетична енергияскладирани в тялото по време на движение. Движещо се тяло извършва работа за сметка на загубата си. Тъй като връзките на тялото и човешкото тяло извършват транслационни и въртеливи движения, общата кинетична енергия (Ek) ще бъде равна на: , където m е масата, V е линейната скорост, J е инерционният момент на системата , ω е ъгловата скорост.

Енергията навлиза в биомеханичната система поради протичането на метаболитни метаболитни процеси в мускулите. Промяната на енергията, в резултат на която се извършва работа, не е високоефективен процес в една биомеханична система, тоест не цялата енергия се превръща в полезна работа. Част от енергията се губи необратимо, превръщайки се в топлина: само 25% се използват за извършване на работа, останалите 75% се преобразуват и разсейват в тялото.

За биомеханична система законът за запазване на енергията на механичното движение се прилага във формата:

Epol \u003d Ek + Epot + U,

където Епол е общата механична енергия на системата; Ek е кинетичната енергия на системата; Epot е потенциалната енергия на системата; U е вътрешната енергия на системата, представляваща главно топлинна енергия.

Общата енергия на механичното движение на биомеханична система се основава на следните два източника на енергия: метаболитни реакции в човешкото тяло и механичната енергия на околната среда (деформиращи елементи на спортно оборудване, оборудване, опорни повърхности; противници в контактни взаимодействия ). Тази енергия се предава чрез външни сили.

Характеристика на производството на енергия в биомеханична система е, че една част от енергията по време на движение се изразходва за извършване на необходимото двигателно действие, другата отива за необратимо разсейване на съхранената енергия, третата се съхранява и използва по време на последващо движение. При изчисляване на енергията, изразходвана по време на движенията и извършената механична работа в този случай, човешкото тяло се представя като модел на многозвенна биомеханична система, подобна на анатомичната структура. Движенията на отделна връзка и движението на тялото като цяло се разглеждат под формата на два по-прости вида движение: транслационно и ротационно.

Общата механична енергия на някое i-то звено (Epol) може да се изчисли като сумата от потенциалната (Epot) и кинетичната енергия (Ek). От своя страна Ek може да бъде представена като сума от кинетичната енергия на центъра на масата на връзката (Ek.c.m.), в която е концентрирана цялата маса на връзката, и кинетичната енергия на въртене на връзката спрямо към центъра на масата (Ek. Vr.).

Ако кинематиката на движението на връзката е известна, този общ израз за общата енергия на връзката ще има формата: , където mi е масата на i-тото звено; ĝ – ускорение на свободно падане; hi е височината на центъра на масата над някакво нулево ниво (например над земната повърхност на дадено място); - скоростта на транслационното движение на центъра на масата; Ji е инерционният момент на i-тата връзка спрямо моментната ос на въртене, минаваща през центъра на масата; ω е моментната ъглова скорост на въртене спрямо моментната ос.

Работата по промяна на общата механична енергия на връзката (Ai) по време на операцията от момента t1 до момента t2 е равна на разликата в енергийните стойности при крайната (Ep(t2)) и първоначалната (Ep( t1)) моменти на движение:

Естествено, в този случай работата се изразходва за промяна на потенциалната и кинетичната енергия на връзката.

Ако количеството работа Аi > 0, тоест енергията се е увеличила, тогава се казва, че е извършена положителна работа на връзката. Ако AI< 0, то есть энергия звена уменьшилась, - отрицательная работа.

Режимът на работа за промяна на енергията на дадена връзка се нарича преодоляване, ако мускулите извършват положителна работа върху връзката; по-ниско, ако мускулите извършват отрицателна работа върху връзката.

Положителна работа се извършва, когато мускулът се свива срещу външно натоварване, отива за ускоряване на връзките на тялото, тялото като цяло, спортно оборудване и т.н. Отрицателна работа се извършва, ако мускулите устояват на разтягане поради действието на външни сили. Това се случва при спускане на товара, слизане по стълбите, противодействие на сила, която надвишава силата на мускулите (например при борба с ръце).

Бяха забелязани интересни факти за съотношението на положителната и отрицателната мускулна работа: отрицателната мускулна работа е по-икономична от положителната; Предварителното извършване на отрицателна работа повишава стойността и ефективността на последващата положителна работа.

Колкото по-голяма е скоростта на движение на човешкото тяло (по време на лека атлетика, кънки, ски и т.н.), толкова по-голяма част от работата се изразходва не за полезен резултат - преместване на тялото в пространството, а за преместване на връзките спрямо GMC. Следователно при високоскоростни режими основната работа се изразходва за ускоряване и забавяне на връзките на тялото, тъй като с увеличаване на скоростта ускорението на движението на връзките на тялото рязко се увеличава.

Кинетичната енергия е енергията на движението на тялото. Съответно, ако имаме някакъв обект, който има поне някаква маса и поне някаква скорост, тогава той има и кинетична енергия. Въпреки това, по отношение на различни отправни системи, тази кинетична енергия за един и същ обект може да бъде различна.

Пример. Има една баба, която по отношение на земята на нашата планета е в покой, тоест тя не се движи и, да речем, седи на автобусна спирка и чака своя автобус. Тогава спрямо нашата планета кинетичната й енергия е нула. Но ако погледнете същата баба от Луната или от Слънцето, спрямо която можете да наблюдавате движението на планетата и съответно тази баба, която е на нашата планета, тогава бабата вече ще има кинетична енергия спрямо споменатите небесни тела. И тогава идва автобусът. Същата тази баба бързо става и хуква да заеме мястото си. Сега, спрямо планетата, тя вече не е в покой, а се движи съвсем към себе си. Това означава, че има кинетична енергия. И колкото по-дебела е бабата и по-бърза, толкова по-голяма е нейната кинетична енергия.

Има няколко основни вида енергия – основните. Нека ви кажа например за механичния. Те включват кинетична енергия, която зависи от скоростта и масата на обекта, потенциална енергия, която зависи от това къде вземете нулевото ниво на потенциална енергия и от позицията, където този обект е спрямо нулевото ниво на потенциална енергия. Тоест потенциалната енергия е енергия, която зависи от позицията на обекта. Тази енергия характеризира работата, извършена от полето, в което се намира обектът, докато се движи.

Пример. Носиш огромна кутия в ръцете си и падаш. Кутията е на пода. Оказва се, че ще имате нулево ниво на потенциална енергия, съответно на нивото на пода. Тогава горната част на кутията ще има повече потенциална енергия, тъй като е над пода и над нулевото ниво на потенциална енергия.

Глупаво е да се говори за енергия, без да се споменава законът за нейното запазване. Така, според закона за запазване на енергията, тези два вида енергия, които описват състоянието на даден обект, не идват отникъде и не изчезват никъде, а само преминават една в друга.

И ето един пример. Падам от височината на къщата, като първоначално имам потенциална енергия спрямо земята в момента преди скока, а кинетичната ми енергия е незначителна, така че можем да я приравним към нула. Така че откъсвам краката от корниза и потенциалната ми енергия започва да намалява, тъй като височината, на която се намирам, става все по-малка. В същия момент при падане постепенно придобивам кинетична енергия, като падам с нарастваща скорост. В момента на падането вече имам максимална кинетична енергия, но потенциалната енергия е нула, такива работи.

Ежедневният опит показва, че неподвижните тела могат да бъдат приведени в движение, а движещите се могат да бъдат спрени. Непрекъснато нещо правим, светът се суетя, слънцето грее... Но откъде хората, животните и природата като цяло вземат сили за тази работа? Изчезва ли безследно? Едното тяло ще започне ли да се движи, без да промени движението на другото? Ще говорим за всичко това в нашата статия.

Понятието енергия

За работата на двигателите, които дават движение на автомобили, трактори, дизелови локомотиви, самолети, е необходимо гориво, което е източник на енергия. Електрическите двигатели осигуряват движение на машините с помощта на електричество. Благодарение на енергията на водата, падаща от височина, хидравличните турбини се въртят, свързани с електрически машини, които произвеждат електрически ток. Човекът има нужда и от енергия, за да съществува и работи. Казват, че за да се извърши каквато и да е работа, е необходима енергия. Какво е енергия?

• Наблюдение 1. Повдигнете топката над земята. Докато той е в състояние на спокойствие, механична работа не се извършва. Нека го пуснем. Под въздействието на гравитацията топката пада на земята от определена височина. По време на падането на топката се извършва механична работа.
• Наблюдение 2. Нека затворим пружината, фиксираме я с конец и сложим тежест върху пружината. Нека запалим конеца, пружината ще се изправи и ще вдигне тежестта до определена височина. Пружината е извършила механична работа.
• Наблюдение 3. Нека закрепим прът с блокче в края към количката. През блока ще хвърлим конец, единият край на който е навит на оста на количката, а на другия виси тежест. Да свалим товара. При действието той ще слезе и ще даде движение на количката. Тежестта е извършила механичната работа.

След като анализирахме всички горепосочени наблюдения, можем да заключим, че ако едно тяло или няколко тела извършват механична работа по време на взаимодействието, тогава те казват, че имат механична енергия или енергия.

Понятието енергия

Енергия (от гръцките думи енергия- активност) е физическо количество, което характеризира способността на телата да извършват работа. Единицата за енергия, както и за работа в системата SI, е един джаул (1 J). Писмено енергията се обозначава с буквата д. От горните експерименти се вижда, че тялото извършва работа, когато преминава от едно състояние в друго. В този случай енергията на тялото се променя (намалява), а извършената от тялото механична работа е равна на резултата от промяна на неговата механична енергия.

Видове механична енергия. Концепцията за потенциална енергия

Има 2 вида механична енергия: потенциална и кинетична. Сега нека разгледаме по-отблизо потенциалната енергия.

Потенциална енергия (PE) - определя се от взаимното разположение на телата, които взаимодействат, или части от едно и също тяло. Тъй като всяко тяло и земята се привличат взаимно, тоест взаимодействат, PE на тяло, повдигнато над земята, ще зависи от височината на издигането ч. Колкото по-високо е повдигнато тялото, толкова по-голям е неговият PE. Експериментално е установено, че ПЕ зависи не само от височината, на която се повдига, но и от телесното тегло. Ако телата бяха повдигнати на една и съща височина, тогава тяло с голяма маса също ще има голям PE. Формулата за тази енергия е следната: E p \u003d mgh,където E стре потенциалната енергия м- телесно тегло, g = 9,81 N/kg, h - височина.

Потенциална енергия на пружина

Потенциалната енергия на еластично деформирано тяло е физичната величина E p,която, когато скоростта на транслационното движение се променя под действието, намалява точно толкова, колкото се увеличава кинетичната енергия. Пружините (както и други еластично деформирани тела) имат PE, което е равно на половината от произведението на тяхната коравина кна квадрат на основата: x = kx 2: 2.

Кинетична енергия: формула и определение

Понякога значението на механичната работа може да се разглежда без да се използват понятията сила и изместване, като се фокусира върху факта, че работата характеризира промяна в енергията на тялото. Всичко, от което се нуждаем, е масата на тялото и неговата начална и крайна скорост, което ще ни доведе до кинетична енергия. Кинетичната енергия (KE) е енергията, която принадлежи на тялото поради собственото му движение.

Вятърът има кинетична енергия и се използва за захранване на вятърни турбини. Преместените оказват натиск върху наклонените равнини на крилата на вятърните турбини и ги карат да се обръщат. Ротационното движение се предава с помощта на предавателни системи към механизми, които извършват определена работа. Подвижната вода, която върти турбините на електроцентрала, губи част от своя CE, докато върши работа. Самолет, летящ високо в небето, в допълнение към PE има CE. Ако тялото е в покой, тоест скоростта му спрямо Земята е нула, тогава неговият CE спрямо Земята е нула. Експериментално е установено, че колкото по-голяма е масата на тялото и скоростта, с която се движи, толкова по-голям е неговият КЕ. Формулата за кинетичната енергия на транслационното движение в математически термини е следната:

Където Да се- кинетична енергия, м- телесна маса, v- скорост.

Промяна в кинетичната енергия

Тъй като скоростта на тялото е величина, която зависи от избора на отправна система, стойността на KE на тялото също зависи от нейния избор. Промяната в кинетичната енергия (IKE) на тялото възниква поради действието на външна сила върху тялото Е. физическо количество НО, което е равно на IKE ΔE къмтяло поради действието на сила F, наречена работа: A = ΔE k. Ако тяло, което се движи със скорост v 1 , силата действа Е, съвпадаща с посоката, то скоростта на тялото ще нараства за определен период от време Tдо някаква стойност v 2 . В този случай IKE е равен на:

Където м- телесна маса; д- изминатото разстояние от тялото; V f1 = (V 2 - V 1); V f2 = (V 2 + V 1); a=F:m. Именно по тази формула се изчислява кинетичната енергия с колко. Формулата може да има и следната интерпретация: ΔE k \u003d Flcos ά , където cosά е ъгълът между векторите на силата Еи скорост V.

Средна кинетична енергия

Кинетичната енергия е енергията, определена от скоростта на движение на различни точки, които принадлежат към тази система. Трябва обаче да се помни, че е необходимо да се прави разлика между 2 енергии, характеризиращи различни транслационни и ротационни. (SKE) в този случай е средната разлика между съвкупността от енергии на цялата система и нейната спокойна енергия, т.е. всъщност нейната стойност е средната стойност на потенциалната енергия. Формулата за средната кинетична енергия е следната:

където k е константата на Болцман; Т е температура. Именно това уравнение е в основата на молекулярно-кинетичната теория.

Средна кинетична енергия на газовите молекули

Многобройни експерименти са установили, че средната кинетична енергия на газовите молекули при постъпателно движение при дадена температура е една и съща и не зависи от вида на газа. Освен това беше установено също, че когато газът се нагрее с 1 ° C, SEC се увеличава със същата стойност. По-точно тази стойност е равна на: ΔE k \u003d 2,07 x 10 -23 J / o C.За да се изчисли средната кинетична енергия на газовите молекули при постъпателно движение, е необходимо освен тази относителна стойност да се знае поне още една абсолютна стойност на енергията на постъпателното движение. Във физиката тези стойности се определят доста точно за широк диапазон от температури. Например при температура t \u003d 500 ° Cкинетична енергия на постъпателното движение на молекулата Ek \u003d 1600 x 10 -23 J. Познаване на 2 количества ( ΔE към и E k), можем както да изчислим енергията на постъпателното движение на молекулите при дадена температура, така и да решим обратната задача - да определим температурата от дадените енергийни стойности.

И накрая, можем да заключим, че средната кинетична енергия на молекулите, чиято формула е дадена по-горе, зависи само от абсолютната температура (и за всяко агрегатно състояние на веществата).

Закон за запазване на пълната механична енергия

Изследването на движението на телата под въздействието на гравитацията и еластичните сили показа, че съществува определено физическо количество, което се нарича потенциална енергия E стр; зависи от координатите на тялото и промяната му е равна на IKE, който се приема с обратен знак: Δ E p =-ΔE k.И така, сумата от промените в KE и PE на тялото, които взаимодействат с гравитационните сили и еластичните сили, е равна на 0 : Δ E p +ΔE k \u003d 0.Наричат ​​се сили, които зависят само от координатите на тялото консервативен.Силите на привличане и еластичността са консервативни сили. Сумата от кинетичната и потенциалната енергия на тялото е общата механична енергия: E p +E k \u003d E.

Този факт, който е доказан с най-точни опити,
Наречен законът за запазване на механичната енергия. Ако телата взаимодействат със сили, които зависят от скоростта на относителното движение, механичната енергия в системата от взаимодействащи тела не се запазва. Пример за сили от този тип, които се наричат неконсервативен, са силите на триене. Ако върху тялото действат сили на триене, тогава за преодоляването им е необходимо да се изразходва енергия, тоест част от нея се използва за извършване на работа срещу силите на триене. Нарушаването на закона за запазване на енергията тук обаче е само въображаемо, защото е отделен случай на общия закон за запазване и преобразуване на енергията. Енергията на телата никога не изчезва и не се появява отново:само се трансформира от една форма в друга. Този закон на природата е много важен, той се изпълнява навсякъде. Понякога се нарича и общ закон за запазване и преобразуване на енергията.

Връзка между вътрешната енергия на тялото, кинетичната и потенциалната енергия

Вътрешната енергия (U) на едно тяло е неговата обща енергия на тялото минус KE на тялото като цяло и неговото PE във външното силово поле. От това можем да заключим, че вътрешната енергия се състои от CE на хаотичното движение на молекулите, PE на взаимодействието между тях и вътрешномолекулната енергия. Вътрешната енергия е недвусмислена функция на състоянието на системата, което означава следното: ако системата е в дадено състояние, нейната вътрешна енергия приема присъщите й стойности, независимо какво се е случило по-рано.

Релативизъм

Когато скоростта на тялото е близка до скоростта на светлината, кинетичната енергия се намира по следната формула:

Кинетичната енергия на тялото, чиято формула е написана по-горе, също може да се изчисли по този принцип:

Примерни задачи за намиране на кинетична енергия

1. Сравнете кинетичната енергия на топка с тегло 9 g, летяща със скорост 300 m/s и човек с тегло 60 kg, който бяга със скорост 18 km/h.

И така, какво ни се дава: m 1 \u003d 0,009 kg; V 1 \u003d 300 m / s; m 2 \u003d 60 kg, V 2 \u003d 5 m / s.

Решение:

• Кинетична енергия (формула): E k \u003d mv 2: 2.
• Имаме всички данни за изчислението и затова ще намерим E докакто за човек, така и за топка.
• E k1 \u003d (0,009 kg x (300 m / s) 2): 2 \u003d 405 J;
• E k2 \u003d (60 kg x (5 m / s) 2): 2 \u003d 750 J.
• E k1< E k2.

Отговор: кинетичната енергия на топката е по-малка от тази на човек.

2. Тяло с маса 10 kg е повдигнато на височина 10 m, след което е освободено. Какво FE ще има на височина 5 м? Въздушното съпротивление може да се пренебрегне.

И така, какво ни се дава: m = 10 kg; h = 10 m; ч 1 = 5 m; g = 9,81 N/kg. E k1 - ?

Решение:

• Тяло с определена маса, повдигнато на определена височина, има потенциална енергия: E p \u003d mgh. Ако тялото падне, тогава на определена височина h 1 то ще има пот. енергия E p \u003d mgh 1 и кин. енергия E k1. За да се намери правилно кинетичната енергия, формулата, която беше дадена по-горе, няма да помогне и затова ще решим проблема, като използваме следния алгоритъм.
• В тази стъпка използваме закона за запазване на енергията и записваме: E p1 +E k1 \u003d EП.
• Тогава E k1 = дП - E p1 = мг- mgh 1 = mg(h-h 1).
• Замествайки нашите стойности във формулата, получаваме: E k1 \u003d 10 x 9,81 (10-5) \u003d 490,5 J.

Отговор: E k1 \u003d 490,5 J.

3. Маховик с маса ми радиус R,се увива около ос, минаваща през центъра му. Скорост на опаковане на маховика - ω . За да спре маховика, към ръба му се притиска спирачна челюст, действаща върху него със сила F триене. Колко оборота прави маховикът, преди да спре напълно? Имайте предвид, че масата на маховика е концентрирана върху джантата.

И така, какво ни се дава: m; R; ω; F триене. Н-?

Решение:

• При решаването на задачата ще считаме оборотите на маховика за подобни на оборотите на тънък еднороден обръч с радиус Р и тегло м, който се върти с ъглова скорост ω.
• Кинетичната енергия на такова тяло е: E k \u003d (J ω 2): 2, където J= м Р 2 .
• Маховикът ще спре, при условие че целият му FE се изразходва за работа за преодоляване на силата на триене F триене, възникващи между спирачната челюст и джантата: E k \u003d F триене *s , където с- 2 πRN = (m Р 2 ω 2): 2, откъдето N = ( м ω 2 R): (4 π F tr).

Отговор: N = (mω 2 R) : (4πF tr).

Накрая

Енергията е най-важният компонент във всички аспекти на живота, защото без нея никое тяло не би могло да върши работа, включително и хората. Смятаме, че статията ви изясни какво е енергия, а подробното представяне на всички аспекти на един от нейните компоненти - кинетичната енергия - ще ви помогне да разберете много от процесите, протичащи на нашата планета. И как да намерите кинетичната енергия, можете да научите от горните формули и примери за решаване на проблеми.

Енергията е това, което прави живота възможен не само на нашата планета, но и във Вселената. Въпреки това, тя може да бъде много различна. И така, топлина, звук, светлина, електричество, микровълни, калории са различни видове енергия. За всички процеси, протичащи около нас, това вещество е необходимо. По-голямата част от енергията, която съществува на Земята, получава от Слънцето, но има и други източници. Слънцето го предава на нашата планета толкова, колкото 100 милиона от най-мощните електроцентрали биха произвели едновременно.

Какво е енергия?

Теорията, предложена от Алберт Айнщайн, изучава връзката между материя и енергия. Този велик учен успя да докаже способността на едно вещество да се превръща в друго. В същото време се оказа, че енергията е най-важният фактор за съществуването на телата, а материята е второстепенна.

Енергията като цяло е способността да се извършва някаква работа. Именно тя стои зад концепцията за сила, способна да задвижи тялото или да му придаде нови свойства. Какво означава понятието "енергия"? Физиката е фундаментална наука, на която са посветили живота си много учени от различни епохи и страни. Още Аристотел използва думата „енергия“, за да обозначи човешката дейност. В превод от гръцки език "енергия" е "дейност", "сила", "действие", "мощ". За първи път тази дума се появява в трактат на гръцки учен, наречен "Физика".

В сегашния общоприет смисъл този термин е въведен в употреба от английски физик.Това значимо събитие се случи през 1807 г. През 50-те години на XIX век. английският механик Уилям Томсън е първият, който използва понятието "кинетична енергия", а през 1853 г. шотландският физик Уилям Ранкин въвежда термина "потенциална енергия".

Днес тази скаларна величина присъства във всички клонове на физиката. Това е единична мярка за различни форми на движение и взаимодействие на материята. С други думи, това е мярка за превръщането на една форма в друга.

Мерни единици и обозначения

Измерва се количеството енергия Тази специална единица, в зависимост от вида на енергията, може да има различни обозначения, например:

• W е общата енергия на системата.
• Q - термичен.
• U - потенциал.

Видове енергия

В природата има много различни видове енергия. Основните са:

• механични;
• електромагнитни;
• електрически;
• химически;
• топлинна;
• ядрен (атомен).

Има и други видове енергия: светлинна, звукова, магнитна. През последните години все повече физици са склонни към хипотезата за съществуването на така наречената "тъмна" енергия. Всеки от изброените по-горе видове на това вещество има свои собствени характеристики. Например, звуковата енергия може да се предава с помощта на вълни. Те допринасят за вибрациите на тъпанчетата в ухото на хора и животни, благодарение на което се чуват звуци. В хода на различни химични реакции се освобождава енергията, необходима за живота на всички организми. Всяко гориво, храна, акумулатори, батерии са хранилище на тази енергия.

Нашето светило дава на Земята енергия под формата на електромагнитни вълни. Само така може да преодолее просторите на Космоса. Благодарение на съвременните технологии, като слънчеви панели, можем да го използваме с най-голям ефект. Излишната неизползвана енергия се натрупва в специални съоръжения за съхранение на енергия. Наред с горните видове енергия често се използват термални извори, реки, океани и биогорива.

механична енергия

Този вид енергия се изучава в клона на физиката, наречен "механика". Означава се с буквата E. Измерва се в джаули (J). Каква е тази енергия? Физиката на механиката изучава движението на телата и тяхното взаимодействие едно с друго или с външни полета. В този случай енергията, дължаща се на движението на телата, се нарича кинетична (означава се с Ek), а енергията, дължаща се на външни полета, се нарича потенциална (Ep). Сумата от движението и взаимодействието е общата механична енергия на системата.

Има общо правило за изчисляване и на двата типа. За да се определи количеството енергия, е необходимо да се изчисли работата, необходима за прехвърляне на тялото от нулево състояние в това състояние. Освен това, колкото повече работа, толкова повече енергия ще има тялото в това състояние.

Разделяне на видовете по различни признаци

Има няколко вида споделяне на енергия. Според различни критерии тя се разделя на: външна (кинетична и потенциална) и вътрешна (механична, топлинна, електромагнитна, ядрена, гравитационна). Електромагнитната енергия от своя страна се разделя на магнитна и електрическа, а ядрената - на енергия на слаби и силни взаимодействия.

Кинетичен

Всяко движещо се тяло се отличава с наличието на кинетична енергия. Често се нарича така - шофиране. Енергията на тялото, което се движи, се губи, когато се забави. Следователно, колкото по-висока е скоростта, толкова по-голяма е кинетичната енергия.

Когато движещо се тяло влезе в контакт с неподвижен обект, част от кинетичната се прехвърля към последния, привеждайки го в движение. Формулата за кинетична енергия е следната:

• E k \u003d mv 2: 2,
  където m е масата на тялото, v е скоростта на тялото.

С думи тази формула може да се изрази по следния начин: кинетичната енергия на обект е равна на половината от произведението на неговата маса и квадрата на неговата скорост.

потенциал

Този вид енергия се притежава от тела, които се намират във всяко силово поле. И така, магнитното възниква, когато даден обект е под въздействието на магнитно поле. Всички тела на земята имат потенциална гравитационна енергия.

В зависимост от свойствата на обектите на изследване те могат да имат различни видове потенциална енергия. И така, еластичните и еластичните тела, които могат да се разтягат, имат потенциална енергия на еластичност или напрежение. Всяко падащо тяло, което преди е било неподвижно, губи потенциал и придобива кинетика. В този случай стойността на тези два типа ще бъде еквивалентна. В гравитационното поле на нашата планета формулата за потенциална енергия ще има следната форма:

• E стр = mhg,
  където m е телесното тегло; h е височината на центъра на масата на тялото над нулевото ниво; g е ускорението на свободното падане.

С думи тази формула може да се изрази по следния начин: потенциалната енергия на обект, взаимодействащ със Земята, е равна на произведението на неговата маса, ускорението на свободното падане и височината, на която се намира.

Тази скаларна стойност е характеристика на енергийния резерв на материална точка (тяло), разположена в потенциално силово поле и използвана за придобиване на кинетична енергия поради работата на силите на полето. Понякога се нарича координатна функция, която е термин в лангранжиана на системата (функцията на Лагранж на динамична система). Тази система описва тяхното взаимодействие.

Потенциалната енергия се приравнява на нула за определена конфигурация от тела, разположени в пространството. Изборът на конфигурация се определя от удобството на по-нататъшните изчисления и се нарича "нормализиране на потенциалната енергия".

Закон за запазване на енергията

Един от най-основните постулати на физиката е законът за запазване на енергията. Според него енергията не се появява отникъде и не изчезва никъде. Постоянно преминава от една форма в друга. С други думи, има само промяна в енергията. Така например химическата енергия на батерията на фенерчето се преобразува в електрическа енергия, а от нея в светлина и топлина. Различни домакински уреди превръщат електрическата енергия в светлина, топлина или звук. Най-често крайният резултат от промяната е топлина и светлина. След това енергията отива в околното пространство.

Законът за енергията е в състояние да обясни много Учените твърдят, че нейният общ обем във Вселената постоянно остава непроменен. Никой не може да създаде енергия наново или да я унищожи. Разработвайки един от неговите видове, хората използват енергията на горивото, падащата вода, атома. В същото време една негова форма се превръща в друга.

През 1918 г. учените успяха да докажат, че законът за запазване на енергията е математическо следствие от транслационната симетрия на времето - величината на спрегнатата енергия. С други думи, енергията се запазва поради факта, че законите на физиката не се различават в различните моменти.

Енергийни характеристики

Енергията е способността на тялото да извършва работа. В затворените физически системи той се запазва през цялото време (докато системата е затворена) и е един от трите допълнителни интеграла на движението, които запазват стойността по време на движение. Те включват: енергия, момент Въвеждането на понятието „енергия” е целесъобразно, когато физическата система е еднородна във времето.

Вътрешна енергия на телата

Това е сумата от енергиите на молекулните взаимодействия и топлинните движения на молекулите, които го изграждат. Не може да се измери директно, защото е еднозначна функция на състоянието на системата. Всеки път, когато една система се намира в дадено състояние, нейната вътрешна енергия има своята присъща стойност, независимо от историята на съществуването на системата. Промяната във вътрешната енергия в процеса на преход от едно физическо състояние към друго винаги е равна на разликата между нейните стойности в крайното и началното състояние.

Вътрешна енергия на газа

В допълнение към твърдите вещества, газовете също имат енергия. Тя представлява кинетичната енергия на топлинното (хаотично) движение на частиците на системата, която включва атоми, молекули, електрони, ядра. Вътрешната енергия на идеален газ (математически модел на газ) е сумата от кинетичните енергии на неговите частици. Това взема предвид броя на степените на свобода, което е броят на независимите променливи, които определят позицията на молекулата в пространството.

Всяка година човечеството консумира все по-голямо количество енергийни ресурси. Изкопаемите въглеводороди като въглища, нефт и газ най-често се използват за генериране на енергията, необходима за осветление и отопление на домовете ни, за работа на превозни средства и различни механизми. Те са невъзобновяеми ресурси.

За съжаление, само малка част от енергията на нашата планета идва от възобновяеми ресурси като вода, вятър и слънце. Към днешна дата техният дял в енергетиката е едва 5%. Други 3% хората получават под формата на ядрена енергия, произведена в атомни електроцентрали.

Те имат следните резерви (в джаули):

• ядрена енергия - 2 х 10 24;
• газ и нефт енергия - 2 x 10 23;
• вътрешна топлина на планетата - 5 x 10 20 .

Годишната стойност на възобновяемите ресурси на Земята:

• слънчева енергия - 2 х 10 24;
• вятър - 6 х 10 21;
• реки - 6,5 х 10 19;
• морски приливи - 2,5 х 10 23.

Само с навременен преход от използването на невъзобновяеми енергийни запаси на Земята към възобновяеми, човечеството има шанс за дълго и щастливо съществуване на нашата планета. За да внедрят напреднали разработки, учените от цял ​​свят продължават внимателно да изучават различните свойства на енергията.

Енергия на взаимодействие на телата. Самото тяло не може да притежава потенциална енергия. се определя от силата, действаща върху тялото от страната на друго тяло. Тъй като взаимодействащите тела са равни, тогава потенциална енергияпритежават само взаимодействащи тела.

А = fs = мг (h1 - h2).

Сега разгледайте движението на тяло по наклонена равнина. Когато тялото се движи надолу по наклонена равнина, гравитацията действа

А = mgscosα.

От фигурата се вижда, че сcosα = ч, Следователно

НО = мгч.

Оказва се, че работата на гравитацията не зависи от траекторията на тялото.

Равенство А = мг (h1 - h2) може да се запише като А = - (мгч 2 - mg ч 1 ).

Тоест работата на гравитацията при движение на тяло с маса мот точка h1точно h2по която и да е траектория е равно на промяна в някаква физическа величина mghс обратен знак.

Физическото количество, равно на произведението на масата на тялото по модула на ускорението на свободното падане и височината, на която тялото е издигнато над повърхността на Земята, се нарича потенциална енергия на тялото.

Потенциалната енергия се означава с E r. E r = mgh, Следователно:

А = - (дР 2 - дР 1 ).

Едно тяло може да има както положителна, така и отрицателна потенциална енергия. телесна маса мна дълбочина чот земната повърхност има отрицателна потенциална енергия: E r = - mgh.

Помислете за потенциалната енергия на еластично деформирано тяло.

Прикрепете към пружина с твърдост кщанга, опънете пружината и освободете щангата. Под действието на еластичната сила опънатата пружина ще задейства щангата и ще я премести на определено разстояние. Изчислете работата на еластичната сила на пружината от някаква начална стойност х 1до финала x2.

Еластичната сила в процеса на деформация на пружината се променя. За да намерите работата на еластичната сила, можете да вземете произведението на средната стойност на модула на силата и модула на изместване:

НО = Е(х 1 - x2).

Тъй като еластичната сила е пропорционална на деформацията на пружината, средната стойност на нейния модул е

Замествайки този израз във формулата за работата на силата, получаваме:

Физическото количество, равно на половината от произведението на твърдостта на тялото и квадрата на неговата деформация, се нарича потенциална енергияеластично деформирано тяло:

Откъдето следва, че А = - (E p2 - E p1).

Като величината mgh, потенциална енергияеластично деформирано тяло зависи от координатите, тъй като х 1 и х 2 са разширенията на пружината и същевременно координатите на края на пружината. Следователно можем да кажем, че потенциалната енергия във всички случаи зависи от координатите.