พลังงานศักย์. ศักย์และพลังงานจลน์

กล้ามเนื้อที่เคลื่อนไหวเชื่อมโยงของร่างกายทำงานทางกล

งานในบางทิศทาง เป็นผลคูณของแรง (F) ที่กระทำต่อทิศทางการเคลื่อนไหวของร่างกายในเส้นทางที่เคลื่อนที่ไป(S): A = F S.

การทำงานต้องใช้พลังงาน ดังนั้นเมื่อทำงานเสร็จพลังงานในระบบจึงลดลง เนื่องจากจำเป็นต้องมีการจัดหาพลังงานสำหรับงานที่ต้องทำให้เสร็จ จึงสามารถกำหนดสิ่งหลังได้ดังนี้: พลังงาน – นี่คือโอกาสในการทำงาน นี่คือการวัด "ทรัพยากร" บางอย่างที่มีอยู่ในระบบกลไกสำหรับประสิทธิภาพการทำงาน. นอกจากนี้ พลังงานยังเป็นตัววัดการเปลี่ยนแปลงจากการเคลื่อนไหวประเภทหนึ่งไปสู่อีกประเภทหนึ่ง

ในชีวกลศาสตร์ หลักดังต่อไปนี้ ประเภทของพลังงาน:

ศักยภาพขึ้นอยู่กับตำแหน่งสัมพัทธ์ขององค์ประกอบของระบบทางกลของร่างกายมนุษย์

การเคลื่อนไหวเชิงแปลแบบจลนศาสตร์

การเคลื่อนที่แบบหมุนจลน์

การเปลี่ยนรูปที่เป็นไปได้ขององค์ประกอบของระบบ

ความร้อน;

กระบวนการแลกเปลี่ยน

พลังงานทั้งหมดของระบบชีวกลศาสตร์เท่ากับผลรวมของพลังงานทุกประเภทที่ระบุไว้

ด้วยการยกตัวขึ้น บีบอัดสปริง เป็นไปได้ที่จะสะสมพลังงานในรูปแบบของศักยภาพในการใช้งานในภายหลัง พลังงานศักย์มักเกี่ยวข้องกับแรงหนึ่งหรืออีกแรงหนึ่งซึ่งกระทำจากวัตถุหนึ่งไปยังอีกวัตถุหนึ่ง ตัวอย่างเช่น โลกกระทำโดยแรงโน้มถ่วงต่อวัตถุที่ตกลงมา สปริงที่ถูกบีบอัดกระทำต่อลูกบอล สายธนูที่ยืดออกกระทำต่อลูกธนู

พลังงานศักย์ – นี่คือพลังงานที่ร่างกายครอบครองเนื่องจากตำแหน่งที่เกี่ยวข้องกับร่างกายอื่น ๆ หรือเนื่องจากการจัดเรียงร่วมกันของส่วนต่าง ๆ ของร่างกายเดียว.

ดังนั้นแรงโน้มถ่วงและแรงยืดหยุ่นจึงมีศักยภาพ

พลังงานศักย์โน้มถ่วง: En = m g h

โดยที่ k คือความแข็งของสปริง x คือการเปลี่ยนรูป

จากตัวอย่างข้างต้น จะเห็นว่าพลังงานสามารถเก็บสะสมในรูปของพลังงานศักย์ (ยกตัว บีบสปริง) ไว้ใช้ภายหลังได้

ในชีวกลศาสตร์มีการพิจารณาและคำนึงถึงพลังงานศักย์สองประเภท: เนื่องจากการจัดเรียงร่วมกันของการเชื่อมโยงของร่างกายกับพื้นผิวโลก (พลังงานศักย์โน้มถ่วง); เกี่ยวข้องกับการเสียรูปแบบยืดหยุ่นขององค์ประกอบของระบบชีวกลศาสตร์ (กระดูก กล้ามเนื้อ เอ็น) หรือวัตถุภายนอกใดๆ (อุปกรณ์กีฬา สินค้าคงคลัง)

พลังงานจลน์เก็บไว้ในร่างกายระหว่างการเคลื่อนไหว ร่างกายที่เคลื่อนไหวได้ทำงานโดยสูญเสียไป เนื่องจากการเชื่อมโยงของร่างกายและร่างกายมนุษย์ทำการเคลื่อนไหวแบบแปลและหมุน พลังงานจลน์ทั้งหมด (Ek) จะเท่ากับ: โดยที่ m คือมวล V คือความเร็วเชิงเส้น J คือโมเมนต์ความเฉื่อยของระบบ , ω คือความเร็วเชิงมุม

พลังงานเข้าสู่ระบบชีวกลศาสตร์เนื่องจากการไหลเวียนของกระบวนการเมตาบอลิซึมในกล้ามเนื้อ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานซึ่งเป็นผลมาจากการทำงาน ไม่ใช่กระบวนการที่มีประสิทธิภาพสูงในระบบชีวกลศาสตร์ กล่าวคือ ไม่ใช่พลังงานทั้งหมดที่ถูกแปลงเป็นงานที่มีประโยชน์ พลังงานส่วนหนึ่งจะสูญเสียไปอย่างไม่มีวันกลับและเปลี่ยนเป็นความร้อน: ใช้ในการทำงานเพียง 25% ส่วนที่เหลืออีก 75% จะถูกเปลี่ยนและสลายไปในร่างกาย

สำหรับระบบชีวกลศาสตร์ กฎการอนุรักษ์พลังงานของการเคลื่อนไหวทางกลถูกนำไปใช้ในรูปแบบ:

Epol \u003d Ek + Epot + U

โดยที่ Еpol คือพลังงานกลทั้งหมดของระบบ Ek คือพลังงานจลน์ของระบบ Epot เป็นพลังงานศักย์ของระบบ U คือพลังงานภายในของระบบ ซึ่งแสดงถึงพลังงานความร้อนเป็นหลัก

พลังงานทั้งหมดของการเคลื่อนไหวเชิงกลของระบบชีวกลศาสตร์ขึ้นอยู่กับแหล่งพลังงานสองแหล่งต่อไปนี้: ปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมในร่างกายมนุษย์และพลังงานกลของสิ่งแวดล้อม (องค์ประกอบที่ทำให้เสียรูปของอุปกรณ์กีฬา อุปกรณ์ พื้นผิวที่รองรับ ฝ่ายตรงข้ามในการสัมผัสกัน ). พลังงานนี้ถูกส่งผ่านแรงภายนอก

คุณลักษณะของการผลิตพลังงานในระบบชีวกลศาสตร์คือพลังงานส่วนหนึ่งในระหว่างการเคลื่อนไหวถูกใช้ไปในการดำเนินการของมอเตอร์ที่จำเป็น ส่วนอีกส่วนจะไปที่พลังงานที่เก็บไว้ซึ่งไม่สามารถย้อนกลับได้ ส่วนที่สามจะถูกเก็บไว้และใช้ในระหว่างการเคลื่อนไหวที่ตามมา เมื่อคำนวณพลังงานที่ใช้ไประหว่างการเคลื่อนไหวและงานเชิงกลที่ทำในกรณีนี้ ร่างกายมนุษย์จะแสดงเป็นแบบจำลองของระบบชีวกลศาสตร์แบบมัลติลิงค์ที่คล้ายกับโครงสร้างทางกายวิภาค การเคลื่อนไหวของการเชื่อมโยงแต่ละส่วนและการเคลื่อนไหวของร่างกายโดยรวมได้รับการพิจารณาในรูปแบบของการเคลื่อนไหวที่ง่ายกว่าสองประเภท: การแปลและการหมุน

พลังงานกลทั้งหมดของลิงค์ i-th (Epol) สามารถคำนวณเป็นผลรวมของศักย์ (Epot) และพลังงานจลน์ (Ek) ในทางกลับกัน เอกสามารถแสดงเป็นผลรวมของพลังงานจลน์ของจุดศูนย์กลางมวลของลิงก์ (Ek.c.m.) ซึ่งมวลทั้งหมดของลิงก์มีความเข้มข้น และพลังงานจลน์ของการหมุนของลิงก์สัมพัทธ์ ถึงจุดศูนย์กลางมวล (เอก. ว.).

หากทราบจลนพลศาสตร์ของการเคลื่อนที่ของลิงค์ นิพจน์ทั่วไปสำหรับพลังงานทั้งหมดของลิงค์จะมีรูปแบบ: โดยที่ mi คือมวลของลิงค์ที่ i-th; ĝ – การเร่งความเร็วการตกอย่างอิสระ; hi คือความสูงของจุดศูนย์กลางมวลเหนือระดับศูนย์ (เช่น เหนือพื้นผิวโลก ณ ตำแหน่งที่กำหนด) - ความเร็วของการเคลื่อนที่เชิงแปลของจุดศูนย์กลางมวล Ji คือโมเมนต์ความเฉื่อยของลิงค์ i-th เทียบกับแกนการหมุนทันทีผ่านจุดศูนย์กลางมวล ω คือความเร็วเชิงมุมชั่วขณะของการหมุนเทียบกับแกนขณะหมุน

งานเปลี่ยนพลังงานเชิงกลทั้งหมดของลิงค์ (Ai) ในระหว่างการทำงานจากช่วงเวลา t1 ถึงช่วงเวลา t2 เท่ากับความแตกต่างของค่าพลังงานในขั้นสุดท้าย (Ep(t2)) และเริ่มต้น (Ep( t1)) ช่วงเวลาของการเคลื่อนไหว:

โดยปกติแล้ว ในกรณีนี้ งานจะใช้ในการเปลี่ยนศักยภาพและพลังงานจลน์ของการเชื่อมโยง

หากปริมาณงาน Аi > 0 นั่นคือพลังงานเพิ่มขึ้น พวกเขาจะบอกว่ามีงานเชิงบวกเกิดขึ้นที่ลิงก์ ถ้าเอไอ< 0, то есть энергия звена уменьшилась, - отрицательная работа.

โหมดการทำงานสำหรับการเปลี่ยนพลังงานของลิงค์ที่กำหนดเรียกว่าการเอาชนะหากกล้ามเนื้อทำงานในเชิงบวกกับลิงค์นั้น ด้อยกว่าถ้ากล้ามเนื้อทำงานเชิงลบในการเชื่อมโยง

การทำงานในเชิงบวกจะทำเมื่อกล้ามเนื้อหดตัวกับภาระภายนอก, ไปเพื่อเร่งการเชื่อมโยงของร่างกาย, ร่างกายโดยรวม, อุปกรณ์กีฬา, ฯลฯ การทำงานเชิงลบจะทำได้หากกล้ามเนื้อต่อต้านการยืดเนื่องจากการกระทำของแรงภายนอก สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อลดภาระ ขึ้นลงบันได ตอบโต้แรงที่เกินกำลังของกล้ามเนื้อ (เช่น ในมวยปล้ำแขน)

ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจเกี่ยวกับอัตราส่วนของการทำงานของกล้ามเนื้อเชิงบวกและเชิงลบพบว่าการทำงานของกล้ามเนื้อเชิงลบนั้นประหยัดกว่าเชิงบวก ประสิทธิภาพเบื้องต้นของงานเชิงลบจะเพิ่มคุณค่าและประสิทธิภาพของงานเชิงบวกที่ตามมา

ยิ่งการเคลื่อนไหวของร่างกายมนุษย์มีความเร็วมากขึ้น (ระหว่างกรีฑาประเภทลู่และลาน, สเก็ต, เล่นสกี, ฯลฯ ) งานส่วนใหญ่ไม่ได้ใช้เพื่อผลลัพธ์ที่เป็นประโยชน์ - การเคลื่อนย้ายร่างกายในอวกาศ แต่เป็นการย้ายลิงก์ เมื่อเทียบกับ GMC ดังนั้นในโหมดความเร็วสูงงานหลักจึงใช้ไปกับการเร่งและชะลอการเชื่อมโยงของร่างกายเนื่องจากความเร็วที่เพิ่มขึ้นการเร่งความเร็วของการเคลื่อนไหวของการเชื่อมโยงของร่างกายจึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

พลังงานจลน์คือพลังงานของการเคลื่อนไหวของร่างกาย ดังนั้น ถ้าเรามีวัตถุบางอย่างที่มีมวลอย่างน้อยและความเร็วอย่างน้อย วัตถุนั้นก็มีพลังงานจลน์ด้วย อย่างไรก็ตาม สำหรับระบบอ้างอิงที่แตกต่างกัน พลังงานจลน์นี้สำหรับวัตถุเดียวกันอาจแตกต่างกันได้

ตัวอย่าง. มีคุณยายคนหนึ่งซึ่งสัมพันธ์กับโลกของเราพักอยู่นั่นคือเธอไม่ขยับเขยื้อนและนั่งที่ป้ายรถเมล์เพื่อรอรถบัสของเธอ จากนั้นเมื่อเทียบกับโลกของเรา พลังงานจลน์ของมันจะเป็นศูนย์ แต่ถ้าคุณดูคุณยายคนเดียวกันจากดวงจันทร์หรือจากดวงอาทิตย์ซึ่งคุณสามารถสังเกตการเคลื่อนไหวของดาวเคราะห์ได้และคุณยายคนนี้ซึ่งอยู่บนโลกของเราคุณยายก็จะมีพลังงานจลน์อยู่แล้วเมื่อเทียบกับ เทห์ฟากฟ้าดังกล่าว และแล้วรถบัสก็มา คุณยายคนเดียวกันนี้รีบลุกขึ้นและวิ่งไปแทนที่ ตอนนี้เมื่อเทียบกับดาวเคราะห์แล้ว มันไม่ได้อยู่นิ่งอีกต่อไป แต่กำลังเคลื่อนที่เข้าหาตัวมันเอง ซึ่งหมายความว่ามีพลังงานจลน์ และยิ่งคุณยายอ้วนขึ้นและเร็วขึ้น พลังงานจลน์ของเธอก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

มีพลังงานพื้นฐานหลายประเภท - ประเภทหลัก ให้ฉันบอกคุณเกี่ยวกับเครื่องกล ซึ่งรวมถึงพลังงานจลน์ซึ่งขึ้นอยู่กับความเร็วและมวลของวัตถุ พลังงานศักย์ซึ่งขึ้นอยู่กับตำแหน่งที่คุณใช้ระดับพลังงานศักย์เป็นศูนย์ และตำแหน่งที่วัตถุนี้สัมพันธ์กับระดับพลังงานศักย์เป็นศูนย์ นั่นคือพลังงานศักย์คือพลังงานที่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของวัตถุ พลังงานนี้กำหนดลักษณะของงานที่ทำโดยสนามที่วัตถุตั้งอยู่ขณะที่มันเคลื่อนที่

ตัวอย่าง. คุณถือกล่องใบใหญ่ในมือแล้วล้มลง กล่องอยู่บนพื้น ปรากฎว่าคุณจะมีพลังงานศักย์เป็นศูนย์ตามลำดับที่ระดับพื้น จากนั้นส่วนบนของกล่องจะมีพลังงานศักย์มากกว่าเนื่องจากอยู่เหนือพื้นและสูงกว่าระดับพลังงานศักย์เป็นศูนย์

เป็นเรื่องโง่ที่จะพูดถึงพลังงานโดยไม่พูดถึงกฎการอนุรักษ์พลังงาน ดังนั้นตามกฎการอนุรักษ์พลังงาน พลังงานทั้งสองประเภทนี้ซึ่งอธิบายสถานะของวัตถุไม่ได้มาจากไหนและไม่หายไปไหน แต่จะส่งผ่านถึงกันเท่านั้น

และนี่คือตัวอย่าง ฉันกำลังตกลงมาจากความสูงของบ้าน โดยตอนแรกมีพลังงานศักย์เทียบกับพื้น ณ ขณะนั้นก่อนกระโดด และพลังงานจลน์ของฉันมีค่าเล็กน้อย ดังนั้นเราสามารถเทียบได้กับศูนย์ ดังนั้นฉันจึงฉีกขาออกจากบัวและพลังงานศักย์ของฉันก็เริ่มลดลง เนื่องจากความสูงที่ฉันอยู่นั้นเล็กลงเรื่อยๆ ในขณะเดียวกัน เมื่อล้มลง ฉันจะค่อยๆ ได้รับพลังงานจลน์ ขณะที่ฉันล้มลงด้วยความเร็วที่เพิ่มขึ้น ตอนที่ตกลงมา ฉันมีพลังงานจลน์สูงสุดอยู่แล้ว แต่พลังงานศักย์เป็นศูนย์ อะไรแบบนี้

ประสบการณ์ในชีวิตประจำวันแสดงให้เห็นว่าร่างกายที่เคลื่อนไหวไม่ได้สามารถเคลื่อนไหวได้ และวัตถุที่เคลื่อนไหวสามารถหยุดได้ เรากำลังทำอะไรบางอย่างอยู่ตลอดเวลา โลกนี้วุ่นวายไปหมด พระอาทิตย์ส่องแสง... แต่มนุษย์ สัตว์ และธรรมชาติทั้งหมดจะไปเอาแรงที่ไหนมาทำงานนี้? มันหายไปอย่างไร้ร่องรอยหรือไม่? ร่างหนึ่งจะเริ่มเคลื่อนไหวโดยไม่เปลี่ยนอิริยาบถของอีกร่างหนึ่งหรือไม่? เราจะพูดถึงทั้งหมดนี้ในบทความของเรา

แนวคิดเรื่องพลังงาน

สำหรับการทำงานของเครื่องยนต์ที่ให้การเคลื่อนที่แก่รถยนต์ รถแทรกเตอร์ หัวรถจักรดีเซล เครื่องบิน จำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงซึ่งเป็นแหล่งพลังงาน มอเตอร์ไฟฟ้าให้การเคลื่อนที่แก่เครื่องจักรด้วยความช่วยเหลือของไฟฟ้า เนื่องจากพลังงานของน้ำที่ตกลงมาจากที่สูง กังหันไฮดรอลิกจึงถูกหมุนไปรอบๆ โดยเชื่อมต่อกับเครื่องจักรไฟฟ้าที่ผลิตกระแสไฟฟ้า มนุษย์ยังต้องการพลังงานเพื่อที่จะดำรงอยู่และทำงาน พวกเขากล่าวว่าในการทำงานใด ๆ จำเป็นต้องใช้พลังงาน พลังงานคืออะไร?

• การสังเกต 1. ยกลูกบอลขึ้นเหนือพื้น ในขณะที่เขาอยู่ในสภาพสงบจะไม่มีการทำงานเชิงกล ปล่อยเขาไปเถอะ ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง ลูกบอลตกลงสู่พื้นจากความสูงระดับหนึ่ง ในระหว่างที่ลูกบอลตกลงมา จะมีการทำงานเชิงกล
• การสังเกต 2. ปิดสปริงแก้ไขด้วยด้ายและวางน้ำหนักบนสปริง มาจุดไฟที่ด้ายสปริงจะยืดตรงและเพิ่มน้ำหนักให้สูง สปริงได้ทำงานเชิงกล
• การสังเกต 3. ยึดแท่งที่มีบล็อกไว้ที่ปลายรถเข็น เราจะโยนด้ายผ่านบล็อก ปลายด้านหนึ่งพันบนเพลาของรถเข็น และน้ำหนักแขวนอยู่ที่อีกด้านหนึ่ง มาลดภาระกันเถอะ ภายใต้การกระทำมันจะลงไปและให้รถเข็นเคลื่อนที่ น้ำหนักได้ทำงานทางกล

หลังจากวิเคราะห์ข้อสังเกตข้างต้นทั้งหมดแล้ว เราสามารถสรุปได้ว่าหากวัตถุหรือวัตถุหลายชิ้นทำงานเชิงกลในระหว่างการโต้ตอบ ก็จะบอกว่ามีพลังงานกลหรือพลังงาน

แนวคิดเรื่องพลังงาน

พลังงาน (จากคำภาษากรีก พลังงาน- กิจกรรม) เป็นปริมาณทางกายภาพที่แสดงลักษณะความสามารถของร่างกายในการทำงาน หน่วยของพลังงานเช่นเดียวกับงานในระบบ SI คือหนึ่งจูล (1 J) ในการเขียน พลังงานจะแสดงด้วยตัวอักษร อี. จากการทดลองข้างต้น จะเห็นได้ว่าร่างกายจะทำงานเมื่อผ่านจากสภาวะหนึ่งไปสู่อีกสภาวะหนึ่ง ในกรณีนี้ พลังงานของร่างกายจะเปลี่ยนไป (ลดลง) และงานเชิงกลที่ร่างกายทำนั้นมีค่าเท่ากับผลของการเปลี่ยนแปลงของพลังงานเชิงกล

ประเภทของพลังงานกล. แนวคิดของพลังงานศักย์

พลังงานกลมี 2 ประเภท ได้แก่ ศักย์และจลน์ ทีนี้มาดูพลังงานศักย์ให้ละเอียดยิ่งขึ้น

พลังงานศักย์ (PE) - กำหนดโดยตำแหน่งร่วมกันของร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์หรือส่วนต่างๆ ของร่างกายเดียวกัน เนื่องจากวัตถุใดๆ และโลกดึงดูดซึ่งกันและกัน นั่นคือ พวกมันมีปฏิสัมพันธ์กัน ค่า PE ของวัตถุที่ยกขึ้นเหนือพื้นดินจะขึ้นอยู่กับความสูงของการลอยขึ้น ชม.. ยิ่งร่างกายยกสูงขึ้น PE ก็ยิ่งสูงขึ้น มีการทดลองแล้วว่า PE ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความสูงที่ยกขึ้นเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับน้ำหนักตัวด้วย หากร่างกายถูกยกขึ้นให้สูงเท่ากัน ร่างกายที่มีมวลมากก็จะมี PE สูงเช่นกัน สูตรสำหรับพลังงานนี้มีดังต่อไปนี้: E p \u003d มก.ที่ไหน อี พีเป็นพลังงานศักย์ ม- น้ำหนักตัว g = 9.81 N/kg h - ส่วนสูง

พลังงานศักย์ของสปริง

พลังงานศักย์ของร่างกายที่บิดงอได้คือปริมาณทางกายภาพ อี พี,ซึ่งเมื่อความเร็วของการเคลื่อนที่แบบแปลเปลี่ยนภายใต้การกระทำนั้น จะลดลงเท่ากับพลังงานจลน์ที่เพิ่มขึ้น สปริง (เช่นเดียวกับวัตถุที่เปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นอื่นๆ) มี PE ที่เท่ากับครึ่งหนึ่งของผลคูณของความแข็ง เคต่อตารางวาร์ป: x = kx 2: 2.

พลังงานจลน์: สูตรและความหมาย

บางครั้งความหมายของงานเชิงกลสามารถพิจารณาได้โดยไม่ต้องใช้แนวคิดเรื่องแรงและการกระจัด โดยเน้นที่ข้อเท็จจริงที่ว่างานแสดงลักษณะการเปลี่ยนแปลงของพลังงานในร่างกาย สิ่งที่เราต้องการคือมวลของร่างกายและความเร็วเริ่มต้นและความเร็วสุดท้าย ซึ่งจะนำเราไปสู่พลังงานจลน์ พลังงานจลน์ (KE) เป็นพลังงานที่เป็นของร่างกายเนื่องจากการเคลื่อนไหวของตนเอง

ลมมีพลังงานจลน์และใช้เพื่อผลิตพลังงานให้กับกังหันลม เคลื่อนตัวไปกดดันระนาบเอียงของปีกกังหันลมและทำให้พวกเขาหมุนกลับ การเคลื่อนที่แบบหมุนจะถูกส่งโดยระบบส่งกำลังไปยังกลไกที่ทำงานบางอย่าง น้ำที่เคลื่อนที่ได้ซึ่งเปลี่ยนกังหันของโรงไฟฟ้าสูญเสีย CE บางส่วนในขณะที่ทำงาน เครื่องบินที่บินสูงบนท้องฟ้า นอกจาก PE แล้วยังมี CE ถ้าร่างกายหยุดนิ่ง นั่นคือ ความเร็วสัมพัทธ์ของโลกเป็นศูนย์ ดังนั้น CE ของวัตถุนั้นเมื่อเทียบกับโลกจะเป็นศูนย์ มีการทดลองแล้วว่ายิ่งมวลของร่างกายและความเร็วในการเคลื่อนที่มากเท่าไร KE ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น สูตรสำหรับพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงแปลในแง่คณิตศาสตร์มีดังนี้:

ที่ไหน ถึง- พลังงานจลน์, ม- มวลร่างกาย, โวลต์- ความเร็ว.

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์

เนื่องจากความเร็วของร่างกายเป็นปริมาณที่ขึ้นอยู่กับตัวเลือกของระบบอ้างอิง ค่าของ KE ของร่างกายจึงขึ้นอยู่กับการเลือกด้วย การเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์ (IKE) ของร่างกายเกิดขึ้นเนื่องจากการกระทำของแรงภายนอกต่อร่างกาย ฉ. ปริมาณทางกายภาพ และซึ่งเท่ากับ IKE ∆E ถึงของร่างกายเนื่องจากแรงกระทำ F เรียกว่างาน: A = ΔE k ถ้าร่างกายเคลื่อนที่ด้วยความเร็ว โวลต์ 1 , แรงกระทำ ฉประจวบกับทิศทางแล้วความเร็วของร่างกายจะเพิ่มขึ้นในช่วงเวลาหนึ่ง ทีเพื่อคุณค่าบางอย่าง โวลต์ 2 . ในกรณีนี้ IKE เท่ากับ:

ที่ไหน ม- มวลร่างกาย; ง- ระยะทางที่ร่างกายเดินทาง V f1 = (V 2 - V 1); V f2 = (V 2 + V 1); ก=ฟ:ม. ตามสูตรนี้คำนวณพลังงานจลน์ได้เท่าใด สูตรยังสามารถมีการตีความต่อไปนี้: ΔE k \u003d Flcos ά โดยที่cosά คือมุมระหว่างเวกเตอร์แรง ฉและความเร็ว วี.

พลังงานจลน์เฉลี่ย

พลังงานจลน์เป็นพลังงานที่กำหนดโดยความเร็วของการเคลื่อนที่ของจุดต่าง ๆ ที่เป็นของระบบนี้ อย่างไรก็ตาม ควรจำไว้ว่าจำเป็นต้องแยกความแตกต่างระหว่าง 2 พลังงานที่มีลักษณะการแปลและการหมุนที่แตกต่างกัน (SKE) ในกรณีนี้คือความแตกต่างโดยเฉลี่ยระหว่างผลรวมของพลังงานของทั้งระบบกับพลังงานสงบ นั่นคือ อันที่จริง ค่าของมันคือค่าเฉลี่ยของพลังงานศักย์ สูตรสำหรับพลังงานจลน์เฉลี่ยมีดังนี้:

โดยที่ k คือค่าคงที่ของ Boltzmann; T คืออุณหภูมิ สมการนี้เป็นพื้นฐานของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของโมเลกุล

พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลของแก๊ส

การทดลองจำนวนมากพบว่าพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลของก๊าซในการเคลื่อนที่แบบแปลที่อุณหภูมิที่กำหนดจะเท่ากันและไม่ขึ้นอยู่กับชนิดของก๊าซ นอกจากนี้ยังพบว่าเมื่อก๊าซได้รับความร้อน 1 ° C SEC จะเพิ่มขึ้นตามค่าเดียวกัน อย่างแม่นยำยิ่งขึ้น ค่านี้เท่ากับ: ΔE k \u003d 2.07 x 10 -23 J / o Cในการคำนวณพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก๊าซในการเคลื่อนที่แบบแปล นอกเหนือไปจากค่าสัมพัทธ์นี้ จำเป็นต้องทราบค่าสัมบูรณ์อย่างน้อยหนึ่งค่าของพลังงานการเคลื่อนที่แบบแปล ในทางฟิสิกส์ ค่าเหล่านี้ถูกกำหนดค่อนข้างแม่นยำสำหรับช่วงอุณหภูมิที่หลากหลาย ตัวอย่างเช่นที่อุณหภูมิ เสื้อ \u003d 500 ° Cพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่เชิงแปลของโมเลกุล เอก \u003d 1600 x 10 -23 เจ รู้ 2 ปริมาณ ( ΔE ถึง และ เอก), เราสามารถคำนวณพลังงานของการเคลื่อนที่เชิงแปลของโมเลกุล ณ อุณหภูมิที่กำหนด และแก้ปัญหาผกผัน - เพื่อกำหนดอุณหภูมิจากค่าพลังงานที่กำหนด

ในที่สุด เราสามารถสรุปได้ว่าพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลตามสูตรที่ให้ไว้ข้างต้นนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิสัมบูรณ์เท่านั้น (และสำหรับสถานะมวลรวมของสารใดๆ)

กฎการอนุรักษ์พลังงานกลทั้งหมด

การศึกษาการเคลื่อนที่ของวัตถุภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงและแรงยืดหยุ่นแสดงให้เห็นว่ามีปริมาณทางกายภาพจำนวนหนึ่งซึ่งเรียกว่าพลังงานศักย์ อี พี; ขึ้นอยู่กับพิกัดของร่างกายและการเปลี่ยนแปลงเท่ากับ IKE ซึ่งมีเครื่องหมายตรงกันข้าม: Δ อี พี =-ΔE kดังนั้น ผลรวมของการเปลี่ยนแปลงใน KE และ PE ของร่างกายซึ่งมีปฏิสัมพันธ์กับแรงโน้มถ่วงและแรงยืดหยุ่นจะเท่ากับ 0 : Δ อี พี +ΔE k \u003d 0.เรียกกองกำลังที่ขึ้นอยู่กับพิกัดของร่างกายเท่านั้น ซึ่งอนุรักษ์นิยม.แรงดึงดูดและแรงยืดหยุ่นเป็นแรงอนุรักษ์ ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของร่างกายคือพลังงานกลทั้งหมด: อี พี +E k \u003d อี

ข้อเท็จจริงนี้ได้รับการพิสูจน์โดยการทดลองที่แม่นยำที่สุด
เรียกว่า กฎการอนุรักษ์พลังงานกล. หากวัตถุมีปฏิสัมพันธ์กับแรงที่ขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ พลังงานกลในระบบของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์จะไม่ถูกสงวนไว้ ตัวอย่างของกองกำลังประเภทนี้ซึ่งเรียกว่า ไม่คิดหน้าคิดหลังเป็นแรงเสียดทาน หากแรงเสียดทานกระทำต่อร่างกาย เพื่อเอาชนะมัน จำเป็นต้องใช้พลังงาน นั่นคือ ส่วนหนึ่งของมันถูกใช้ในการทำงานกับแรงเสียดทาน อย่างไรก็ตามการละเมิดกฎการอนุรักษ์พลังงานที่นี่เป็นเพียงจินตนาการเท่านั้นเนื่องจากเป็นกรณีที่แยกจากกฎทั่วไปของการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน พลังงานของร่างกายไม่เคยหายไปและไม่ปรากฏขึ้นอีก:มันแปลงจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่งเท่านั้น กฎแห่งธรรมชาตินี้มีความสำคัญมาก บางครั้งก็เรียกว่ากฎทั่วไปของการอนุรักษ์และการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน

ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานภายในร่างกาย พลังงานจลน์และพลังงานศักย์

พลังงานภายใน (U) ของร่างกายคือพลังงานทั้งหมดของร่างกายลบด้วย KE ของร่างกายโดยรวมและ PE ของมันในสนามพลังภายนอก จากสิ่งนี้ เราสามารถสรุปได้ว่าพลังงานภายในประกอบด้วย CE ของการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของโมเลกุล PE ของอันตรกิริยาระหว่างพวกมัน และพลังงานภายในโมเลกุล พลังงานภายในเป็นฟังก์ชันที่ชัดเจนของสถานะของระบบ ซึ่งหมายถึงสิ่งต่อไปนี้: หากระบบอยู่ในสถานะที่กำหนด พลังงานภายในจะใช้ค่าโดยธรรมชาติโดยไม่คำนึงถึงสิ่งที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้

สัมพัทธภาพ

เมื่อความเร็วของวัตถุเข้าใกล้ความเร็วแสง พลังงานจลน์หาได้จากสูตรดังนี้

พลังงานจลน์ของร่างกายซึ่งเป็นสูตรที่เขียนไว้ข้างต้นสามารถคำนวณได้ตามหลักการนี้:

ตัวอย่างงานการหาพลังงานจลน์

1. เปรียบเทียบพลังงานจลน์ของลูกบอลน้ำหนัก 9 ก. ที่บินด้วยความเร็ว 300 ม./วินาที กับคนน้ำหนัก 60 กก. ที่วิ่งด้วยความเร็ว 18 กม./ชม.

สิ่งที่ให้กับเรา: ม. 1 \u003d 0.009 กก. V 1 \u003d 300 ม. / วินาที; ม. 2 \u003d 60 กก., V 2 \u003d 5 ม. / วินาที

การตัดสินใจ:

• พลังงานจลน์ (สูตร): E k \u003d mv 2: 2.
• เรามีข้อมูลทั้งหมดสำหรับการคำนวณ ดังนั้นเราจะพบ E ถึงทั้งสำหรับบุคคลและสำหรับลูกบอล
• E k1 \u003d (0.009 กก. x (300 ม. / วินาที) 2): 2 \u003d 405 J;
• E k2 \u003d (60 กก. x (5 ม. / วินาที) 2): 2 \u003d 750 J.
• อี k1< อี k2

คำตอบ: พลังงานจลน์ของลูกบอลน้อยกว่าของคน

2. ศพที่มีมวล 10 กก. ถูกยกขึ้นสูง 10 ม. หลังจากนั้นก็ปล่อย จะมี FE อะไรบ้างที่ความสูง 5 ม. แรงต้านอากาศสามารถละเลยได้

สิ่งที่ให้กับเรา: ม. = 10 กก.; ชั่วโมง = 10 ม.; ชม. 1 = 5 ม. g = 9.81 นิวตัน/กก. อี k1 - ?

การตัดสินใจ:

• ร่างกายที่มีมวลจำนวนหนึ่งซึ่งยกขึ้นสู่ความสูงระดับหนึ่งมีพลังงานศักย์: E p \u003d mgh หากร่างกายตกลงไปที่ระดับความสูงหนึ่ง h 1 จะมีเหงื่อออก พลังงาน E p \u003d mgh 1 และ kin พลังงาน E k1. เพื่อให้พบพลังงานจลน์ได้อย่างถูกต้องสูตรที่ให้ไว้ข้างต้นจะไม่ช่วยดังนั้นเราจะแก้ปัญหาโดยใช้อัลกอริทึมต่อไปนี้
• ในขั้นตอนนี้ เราใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานและเขียน: อี p1 +อี k1 \u003d อีพี
• แล้ว อี k1 = อีพี - อี p1 = มก- มก 1 = มก.(h-h 1).
• แทนค่าของเราลงในสูตร เราได้รับ: E k1 \u003d 10 x 9.81 (10-5) \u003d 490.5 เจ

คำตอบ: E k1 \u003d 490.5 J.

3. มู่เล่ที่มีมวล มและรัศมี อาร์พันรอบแกนที่ผ่านจุดศูนย์กลาง ความเร็วในการพันฟลายวีล - ω . เพื่อหยุดมู่เล่ ยางเบรกจะถูกกดเข้ากับขอบล้อและออกแรงกดที่ล้อ F แรงเสียดทาน. มู่เล่หมุนกี่รอบก่อนที่มันจะหยุดสนิท? โปรดทราบว่ามวลของมู่เล่จะกระจุกตัวอยู่ที่ขอบล้อ

สิ่งที่ให้กับเรา: เมตร; ร; ω; F แรงเสียดทาน น-?

การตัดสินใจ:

• เมื่อแก้ปัญหาเราจะพิจารณาการหมุนของมู่เล่ให้คล้ายกับการหมุนของห่วงที่เป็นเนื้อเดียวกันบางที่มีรัศมี ร และน้ำหนัก เมตร ซึ่งหมุนด้วยความเร็วเชิงมุม ω.
• พลังงานจลน์ของร่างกายดังกล่าวคือ: E k \u003d (เจ ω 2): 2 โดยที่ เจ= ม ร 2 .
• มู่เล่จะหยุดหากว่า FE ทั้งหมดถูกใช้ไปกับงานเพื่อเอาชนะแรงเสียดทาน F แรงเสียดทาน ที่เกิดขึ้นระหว่างยางเบรกกับขอบล้อ: เอก \u003d F แรงเสียดทาน * s ที่ไหน เอส- 2 πRN = (ม ร 2 ω 2): 2 จากไหน ยังไม่มีข้อความ = ( ม ω 2 ร) : (4 π F tr).

คำตอบ: N = (mω 2 R) : (4πF tr)

ในที่สุด

พลังงานเป็นองค์ประกอบที่สำคัญที่สุดในทุกด้านของชีวิต เพราะหากไม่มีพลังงาน ร่างกายก็ไม่สามารถทำงานใดๆ ได้ รวมทั้งมนุษย์ด้วย เราคิดว่าบทความนี้ทำให้คุณเข้าใจชัดเจนว่าพลังงานคืออะไร และการนำเสนอรายละเอียดทุกแง่มุมของส่วนประกอบอย่างใดอย่างหนึ่งซึ่งก็คือพลังงานจลน์ จะช่วยให้คุณเข้าใจกระบวนการต่างๆ ที่เกิดขึ้นบนโลกของเรา และวิธีหาพลังงานจลน์ คุณสามารถเรียนรู้ได้จากสูตรและตัวอย่างการแก้ปัญหาข้างต้น

พลังงานเป็นสิ่งที่ทำให้ชีวิตเป็นไปได้ ไม่เพียงแต่บนโลกของเราเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในจักรวาลด้วย อย่างไรก็ตามอาจแตกต่างกันมาก ดังนั้น ความร้อน เสียง แสง ไฟฟ้า ไมโครเวฟ แคลอรี่ จึงเป็นพลังงานประเภทต่างๆ สำหรับกระบวนการทั้งหมดที่เกิดขึ้นรอบตัวเรา สารนี้มีความจำเป็น พลังงานส่วนใหญ่ที่มีอยู่บนโลกได้รับจากดวงอาทิตย์ แต่มีแหล่งที่มาอื่น ดวงอาทิตย์ส่งมันมายังโลกของเรามากที่สุดเท่าที่โรงไฟฟ้าที่ทรงพลังที่สุด 100 ล้านแห่งจะผลิตได้ในเวลาเดียวกัน

พลังงานคืออะไร?

ทฤษฎีที่หยิบยกโดย Albert Einstein ศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างสสารและพลังงาน นักวิทยาศาสตร์ผู้ยิ่งใหญ่คนนี้สามารถพิสูจน์ความสามารถของสารหนึ่งในการเปลี่ยนเป็นอีกสารหนึ่งได้ ในเวลาเดียวกัน ปรากฎว่าพลังงานเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในการดำรงอยู่ของร่างกาย และสสารเป็นเรื่องรอง

พลังงานคือความสามารถในการทำงานบางอย่าง เธอคือผู้ที่อยู่เบื้องหลังแนวคิดของแรงที่สามารถเคลื่อนย้ายร่างกายหรือให้คุณสมบัติใหม่แก่มัน คำว่า "พลังงาน" หมายถึงอะไร? ฟิสิกส์เป็นวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากจากยุคต่างๆ และหลายประเทศอุทิศชีวิตให้กับพวกเขา แม้แต่อริสโตเติลยังใช้คำว่า "พลังงาน" เพื่ออ้างถึงกิจกรรมของมนุษย์ แปลจากภาษากรีก "พลังงาน" คือ "กิจกรรม", "กำลัง", "การกระทำ", "พลัง" ครั้งแรกที่คำนี้ปรากฏในบทความของนักวิทยาศาสตร์ชาวกรีกชื่อ "ฟิสิกส์"

นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษใช้คำนี้ในความหมายที่ยอมรับโดยทั่วไป เหตุการณ์สำคัญนี้เกิดขึ้นในปี 1807 ในยุค 50 ของศตวรรษที่ XIX วิลเลียม ทอมสัน ช่างเครื่องชาวอังกฤษเป็นคนแรกที่ใช้แนวคิดเรื่อง "พลังงานจลน์" และในปี พ.ศ. 2396 วิลเลียม แรนคิน นักฟิสิกส์ชาวสก็อตได้แนะนำคำว่า "พลังงานศักย์"

ปัจจุบันปริมาณสเกลาร์นี้มีอยู่ในฟิสิกส์ทุกสาขา เป็นการวัดรูปแบบการเคลื่อนไหวและปฏิสัมพันธ์ของสสารในรูปแบบต่างๆ กล่าวอีกนัยหนึ่งมันเป็นการวัดการเปลี่ยนแปลงของรูปแบบหนึ่งไปสู่อีกรูปแบบหนึ่ง

หน่วยวัดและการกำหนด

วัดปริมาณพลังงานหน่วยพิเศษนี้อาจมีการกำหนดที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับประเภทของพลังงานเช่น:

• W คือพลังงานทั้งหมดของระบบ
• Q - ความร้อน
• คุณ - ศักยภาพ

ประเภทของพลังงาน

พลังงานในธรรมชาติมีหลายประเภท คนหลักคือ:

• เครื่องกล;
• แม่เหล็กไฟฟ้า
• ไฟฟ้า
• เคมี;
• ความร้อน;
• นิวเคลียร์ (ปรมาณู)

มีพลังงานประเภทอื่น: แสง เสียง แม่เหล็ก ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักฟิสิกส์จำนวนมากขึ้นมีแนวโน้มที่จะมีสมมติฐานของการมีอยู่ของพลังงานที่เรียกว่า "ความมืด" สารแต่ละประเภทที่ระบุไว้ก่อนหน้านี้มีลักษณะเฉพาะของตนเอง ตัวอย่างเช่น พลังงานเสียงสามารถส่งผ่านคลื่นได้ พวกเขามีส่วนทำให้เกิดการสั่นสะเทือนของแก้วหูในหูของคนและสัตว์ ซึ่งทำให้ได้ยินเสียงต่างๆ ในระหว่างปฏิกิริยาเคมีต่างๆ พลังงานที่จำเป็นต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทั้งหมดจะถูกปลดปล่อยออกมา เชื้อเพลิง, อาหาร, พลังงานสะสม, แบตเตอรี่ล้วนเป็นที่เก็บพลังงานนี้

แสงสว่างของเราให้พลังงานแก่โลกในรูปของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ด้วยวิธีนี้เท่านั้นที่สามารถเอาชนะความกว้างใหญ่ของจักรวาลได้ ด้วยเทคโนโลยีสมัยใหม่ เช่น แผงโซลาร์เซลล์ เราสามารถใช้มันได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ พลังงานส่วนเกินที่ไม่ได้ใช้จะถูกสะสมในที่เก็บพลังงานพิเศษ นอกเหนือจากประเภทพลังงานข้างต้นแล้ว น้ำพุร้อน แม่น้ำ มหาสมุทร และเชื้อเพลิงชีวภาพมักจะถูกนำมาใช้

พลังงานกล

พลังงานชนิดนี้มีการศึกษาในสาขาฟิสิกส์ที่เรียกว่า "กลศาสตร์" มันเขียนแทนด้วยตัวอักษร E มีหน่วยวัดเป็นจูล (J) พลังงานนี้คืออะไร? ฟิสิกส์ของกลศาสตร์ศึกษาการเคลื่อนไหวของร่างกายและการมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันหรือกับสนามภายนอก ในกรณีนี้ พลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนไหวของร่างกายเรียกว่าจลน์ (แสดงโดย Ek) และพลังงานที่เกิดจากหรือสนามภายนอกเรียกว่าศักย์ (Ep) ผลรวมของการเคลื่อนที่และปฏิสัมพันธ์คือพลังงานกลทั้งหมดของระบบ

มีกฎทั่วไปสำหรับการคำนวณทั้งสองประเภท ในการกำหนดปริมาณพลังงานจำเป็นต้องคำนวณงานที่จำเป็นในการถ่ายโอนร่างกายจากสถานะศูนย์ไปยังสถานะนี้ ยิ่งไปกว่านั้น ยิ่งทำงานมาก ร่างกายก็จะมีพลังงานมากขึ้นในภาวะนี้

การแยกชนิดตามลักษณะต่างๆ

การแบ่งปันพลังงานมีหลายประเภท ตามเกณฑ์ต่าง ๆ จะแบ่งออกเป็น: ภายนอก (จลนพลศาสตร์และศักยภาพ) และภายใน (เครื่องกล, ความร้อน, แม่เหล็กไฟฟ้า, นิวเคลียร์, ความโน้มถ่วง) ในทางกลับกันพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าแบ่งออกเป็นแม่เหล็กและไฟฟ้าและนิวเคลียร์ - เป็นพลังงานของการโต้ตอบที่อ่อนแอและรุนแรง

ไคเนติก

ร่างกายที่เคลื่อนไหวใด ๆ นั้นมีความโดดเด่นด้วยพลังงานจลน์ มักเรียกสิ่งนั้นว่า - การขับรถ พลังงานของร่างกายที่เคลื่อนไหวจะสูญเสียไปเมื่อมันช้าลง ดังนั้นยิ่งความเร็วเร็วขึ้นเท่าใดพลังงานจลน์ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

เมื่อร่างกายที่เคลื่อนไหวสัมผัสกับวัตถุที่อยู่นิ่ง ส่วนหนึ่งของการเคลื่อนไหวทางการเคลื่อนไหวจะถูกถ่ายโอนไปยังสิ่งหลัง ทำให้มันเคลื่อนไหว สูตรพลังงานจลน์มีดังนี้:

• E k \u003d mv 2: 2,
  โดยที่ m คือมวลของวัตถุ v คือความเร็วของวัตถุ

สูตรนี้สามารถแสดงได้ดังนี้: พลังงานจลน์ของวัตถุเท่ากับครึ่งหนึ่งของผลคูณของมวลและกำลังสองของความเร็ว

ศักยภาพ

พลังงานประเภทนี้ถูกครอบครองโดยร่างกายที่อยู่ในสนามพลังใดๆ ดังนั้น แม่เหล็กเกิดขึ้นเมื่อวัตถุอยู่ภายใต้อิทธิพลของสนามแม่เหล็ก วัตถุทั้งหมดบนโลกมีพลังงานศักย์โน้มถ่วง

ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของวัตถุที่ศึกษา พวกมันสามารถมีพลังงานศักย์ประเภทต่างๆ ได้ ดังนั้นร่างกายที่ยืดหยุ่นและยืดหยุ่นที่สามารถยืดได้จึงมีพลังงานที่เป็นไปได้ของความยืดหยุ่นหรือความตึง วัตถุที่ตกลงมาซึ่งก่อนหน้านี้ไม่เคลื่อนไหวจะสูญเสียศักยภาพและได้รับการเคลื่อนไหว ในกรณีนี้มูลค่าของทั้งสองประเภทจะเท่ากัน ในสนามแรงโน้มถ่วงของโลก สูตรพลังงานศักย์จะมีรูปแบบดังนี้

• อี พี = มิลลิกรัม
  โดยที่ m คือน้ำหนักตัว h คือความสูงของจุดศูนย์กลางมวลของร่างกายเหนือระดับศูนย์ g คือความเร่งของการตกอย่างอิสระ

สูตรนี้สามารถแสดงได้ดังนี้: พลังงานศักย์ของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์กับโลกเท่ากับผลคูณของมวล ความเร่งของการตกอย่างอิสระ และความสูงที่วัตถุนั้นตั้งอยู่

ค่าสเกลาร์นี้เป็นลักษณะของพลังงานสำรองของจุดวัสดุ (วัตถุ) ที่อยู่ในสนามพลังศักย์ และถูกใช้เพื่อให้ได้มาซึ่งพลังงานจลน์เนื่องจากการทำงานของสนามพลัง บางครั้งเรียกว่าฟังก์ชันพิกัด ซึ่งเป็นศัพท์ในระบบ Langrangian (ฟังก์ชัน Lagrange ของระบบไดนามิก) ระบบนี้อธิบายการโต้ตอบของพวกเขา

พลังงานศักย์จะเท่ากับศูนย์สำหรับการกำหนดค่าบางอย่างของวัตถุที่อยู่ในอวกาศ ทางเลือกของการกำหนดค่าจะพิจารณาจากความสะดวกในการคำนวณเพิ่มเติมและเรียกว่า "การฟื้นฟูพลังงานศักย์"

กฎการอนุรักษ์พลังงาน

หนึ่งในสมมติฐานพื้นฐานที่สุดของฟิสิกส์คือกฎการอนุรักษ์พลังงาน ตามที่เขาพูดพลังงานไม่ปรากฏจากทุกที่และไม่หายไปไหน มันเปลี่ยนแปลงจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่งอย่างต่อเนื่อง กล่าวอีกนัยหนึ่งมีเพียงการเปลี่ยนแปลงของพลังงานเท่านั้น ตัวอย่างเช่น พลังงานเคมีของแบตเตอรี่ไฟฉายจะเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า และเปลี่ยนจากพลังงานเป็นแสงและความร้อน เครื่องใช้ในครัวเรือนต่างๆเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นแสง ความร้อน หรือเสียง ส่วนใหญ่แล้วผลลัพธ์สุดท้ายของการเปลี่ยนแปลงคือความร้อนและแสง หลังจากนั้นพลังงานจะเข้าสู่พื้นที่โดยรอบ

กฎของพลังงานสามารถอธิบายได้ นักวิทยาศาสตร์หลายคนโต้แย้งว่าปริมาตรทั้งหมดในเอกภพยังคงไม่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ไม่มีใครสามารถสร้างพลังงานใหม่หรือทำลายมันได้ การพัฒนาประเภทใดประเภทหนึ่ง ผู้คนใช้พลังงานจากเชื้อเพลิง น้ำที่ตกลงมา และอะตอม ในขณะเดียวกันรูปแบบหนึ่งก็กลายเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง

ในปี พ.ศ. 2461 นักวิทยาศาสตร์สามารถพิสูจน์ได้ว่ากฎการอนุรักษ์พลังงานเป็นผลทางคณิตศาสตร์ของสมมาตรการแปลของเวลา ซึ่งเป็นขนาดของพลังงานผันรูป กล่าวอีกนัยหนึ่งคือการอนุรักษ์พลังงานเนื่องจากกฎของฟิสิกส์ไม่แตกต่างกันในแต่ละช่วงเวลา

คุณสมบัติด้านพลังงาน

พลังงานคือความสามารถของร่างกายในการทำงาน ในระบบฟิสิคัลแบบปิด จะถูกรักษาไว้ตลอดเวลา (ตราบเท่าที่ระบบปิด) และเป็นหนึ่งในสามอินทิกรัลเพิ่มเติมของการเคลื่อนที่ที่รักษาค่าระหว่างการเคลื่อนที่ ซึ่งรวมถึง: พลังงาน โมเมนต์ การแนะนำแนวคิดของ "พลังงาน" นั้นเหมาะสมเมื่อระบบทางกายภาพเป็นเนื้อเดียวกันในเวลา

พลังงานภายในร่างกาย

เป็นผลรวมของพลังงานของอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลและการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลที่ประกอบกันเป็นโมเลกุล ไม่สามารถวัดได้โดยตรงเนื่องจากเป็นฟังก์ชันค่าเดียวของสถานะของระบบ เมื่อใดก็ตามที่ระบบพบว่าตัวเองอยู่ในสถานะที่กำหนด พลังงานภายในจะมีค่าโดยธรรมชาติ โดยไม่คำนึงถึงประวัติการมีอยู่ของระบบ การเปลี่ยนแปลงของพลังงานภายในในกระบวนการเปลี่ยนจากสถานะทางกายภาพหนึ่งไปสู่อีกสถานะหนึ่งจะเท่ากับความแตกต่างระหว่างค่าของมันในสถานะสุดท้ายและสถานะเริ่มต้นเสมอ

พลังงานภายในของแก๊ส

นอกจากของแข็งแล้ว ก๊าซยังมีพลังงานอีกด้วย มันแสดงถึงพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน (วุ่นวาย) ของอนุภาคของระบบ ซึ่งรวมถึงอะตอม โมเลกุล อิเล็กตรอน นิวเคลียส พลังงานภายในของแก๊สในอุดมคติ (แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของแก๊ส) คือผลรวมของพลังงานจลน์ของอนุภาค สิ่งนี้คำนึงถึงจำนวนองศาอิสระซึ่งเป็นจำนวนของตัวแปรอิสระที่กำหนดตำแหน่งของโมเลกุลในอวกาศ

ทุก ๆ ปี มนุษยชาติใช้ทรัพยากรพลังงานในปริมาณที่เพิ่มมากขึ้น ไฮโดรคาร์บอนจากฟอสซิล เช่น ถ่านหิน น้ำมัน และก๊าซ มักใช้ในการผลิตพลังงานที่จำเป็นในการให้แสงสว่างและให้ความร้อนแก่บ้านของเรา ใช้ยานพาหนะ และกลไกต่างๆ เป็นทรัพยากรที่ไม่หมุนเวียน

น่าเสียดายที่พลังงานเพียงส่วนน้อยบนโลกของเรามาจากทรัพยากรที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ เช่น น้ำ ลม และดวงอาทิตย์ ในปัจจุบัน ส่วนแบ่งของพวกเขาในภาคพลังงานมีเพียง 5% อีก 3% ได้รับในรูปของพลังงานนิวเคลียร์ที่ผลิตในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์

พวกเขามีเงินสำรองดังต่อไปนี้ (เป็นจูล):

• พลังงานนิวเคลียร์ - 2 x 10 24;
• พลังงานก๊าซและน้ำมัน - 2 x 10 23;
• ความร้อนภายในของโลก - 5 x 10 20 .

มูลค่าประจำปีของทรัพยากรหมุนเวียนของโลก:

• พลังงานแสงอาทิตย์ - 2 x 10 24;
• ลม - 6 x 10 21;
• แม่น้ำ - 6.5 x 10 19;
• กระแสน้ำ - 2.5 x 10 23.

เฉพาะเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงจากการใช้พลังงานสำรองที่ไม่หมุนเวียนของโลกไปเป็นพลังงานทดแทนในเวลาที่เหมาะสมเท่านั้น มนุษยชาติจะมีโอกาสดำรงอยู่อย่างยาวนานและมีความสุขบนโลกของเรา เพื่อดำเนินการพัฒนาขั้นสูง นักวิทยาศาสตร์ทั่วโลกยังคงศึกษาคุณสมบัติต่างๆ ของพลังงานอย่างระมัดระวัง

พลังงานปฏิสัมพันธ์ของร่างกาย ร่างกายไม่สามารถมีพลังงานศักย์ได้ ถูกกำหนดโดยแรงที่กระทำต่อร่างกายจากด้านข้างของอีกร่างกายหนึ่ง เนื่องจากร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์นั้นเท่ากัน พลังงานศักย์มีร่างกายที่มีปฏิสัมพันธ์เท่านั้น

ก = ฉ = มก (h1 - ชั่วโมง2).

ตอนนี้พิจารณาการเคลื่อนไหวของร่างกายบนระนาบเอียง เมื่อร่างกายเคลื่อนที่ลงมาในระนาบเอียง แรงโน้มถ่วงจะทำงาน

ก = mgscosα.

จะเห็นได้จากรูปว่า สคอสอัลฟา = ชม., เพราะเหตุนี้

และ = มกชม..

ปรากฎว่าการทำงานของแรงโน้มถ่วงไม่ได้ขึ้นอยู่กับวิถีของร่างกาย

ความเท่าเทียมกัน ก = มก (h1 - ชั่วโมง2) เขียนได้เป็น ก = - (มกชม. 2 - มก ชม. 1 ).

นั่นคือการทำงานของแรงโน้มถ่วงเมื่อเคลื่อนย้ายวัตถุที่มีมวล มจากจุดหนึ่ง h1อย่างแน่นอน ชั่วโมง2ตามเส้นทางใด ๆ เท่ากับการเปลี่ยนแปลงของปริมาณทางกายภาพ มกโดยมีเครื่องหมายตรงกันข้าม.

ปริมาณทางกายภาพที่เท่ากับผลคูณของมวลของร่างกายโดยโมดูลของการเร่งความเร็วของการตกอย่างอิสระและความสูงที่ร่างกายถูกยกขึ้นเหนือพื้นผิวโลกเรียกว่าพลังงานศักย์ของร่างกาย

พลังงานศักย์แสดงโดย อี อาร์. อี อาร์ = มก, เพราะเหตุนี้:

ก = - (อีร 2 - อีร 1 ).

ร่างกายสามารถมีพลังงานศักย์ได้ทั้งทางบวกและทางลบ มวลร่างกาย มที่ระดับความลึก ชม.จากพื้นผิวโลกมีพลังงานศักย์เป็นลบ: อี อาร์ = - มก.

พิจารณาพลังงานศักย์ของร่างกายที่บิดงอได้

ยึดติดกับสปริงด้วยความฝืด เคบาร์ยืดสปริงและปล่อยบาร์ ภายใต้การกระทำของแรงยืดหยุ่น สปริงที่ยืดออกจะกระตุ้นบาร์และเลื่อนไปในระยะทางหนึ่ง คำนวณการทำงานของแรงยืดหยุ่นของสปริงจากค่าเริ่มต้นบางส่วน x 1สู่รอบชิงชนะเลิศ x2.

แรงยืดหยุ่นในกระบวนการเปลี่ยนรูปของสปริงเปลี่ยนไป ในการหางานของแรงยืดหยุ่น คุณสามารถใช้ผลคูณของค่าเฉลี่ยของโมดูลัสของแรงและโมดูลัสของการกระจัด:

และ = ฉ(x 1 - x2).

เนื่องจากแรงยืดหยุ่นเป็นสัดส่วนกับการเสียรูปของสปริง ค่าเฉลี่ยของโมดูลัสจึงเท่ากับ

แทนที่นิพจน์นี้เป็นสูตรสำหรับการทำงานของแรง เราได้รับ:

ปริมาณทางกายภาพเท่ากับครึ่งหนึ่งของผลคูณของความแข็งแกร่งของร่างกายและกำลังสองของการเสียรูปเรียกว่า พลังงานศักย์ร่างกายที่บิดเบี้ยวอย่างยืดหยุ่น:

ไหนว่าตามนั้น ก = - (อี p2 - อี p1).

เหมือนขนาด มก, พลังงานศักย์ร่างกายที่ผิดรูปยืดหยุ่นขึ้นอยู่กับพิกัดตั้งแต่ x 1 และ x 2 คือส่วนขยายของสปริงและในขณะเดียวกันก็เป็นพิกัดของจุดสิ้นสุดของสปริง ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่าพลังงานศักย์ในทุกกรณีขึ้นอยู่กับพิกัด