Енергія і робота в класичній механіці

Слово енергія ми чуємо дуже часто. Життєва енергія, внутрішня енергія, електроенергія, атомна енергія .. Але спробуйте дати точну відповідь на питання, що таке енергія? Тут задумається практично кожен. Так само і з роботою. Всі ходять на роботу, у всіх повно роботи. Але що таке робота? А відповідь прямо тут, в нашій статті!

Підемо за принципом «чим простіше – тим краще». Серед усіх визначень енергії можна виділити одне:

Енергія – одне з основних властивостей матерії і міра здатності здійснювати роботу.

Енергія в класичній механіці вимірюється в Джоулях і найчастіше позначається буквою E.

І тут ми плавно підходимо до роботи. Звичайно, працювати мало хто любить, відпочивати набагато приємніше. Але давайте і про роботу почитаємо.

Що таке енергія? Що таке енергія?

Робота – міра впливу сили на тіло або систему тіл.

І робота, і енергія – скалярні фізичні величини. Як і енергія, робота в класичній механіці вимірюється в Джоулях.

Припустимо, ми взяли візок c цеглою (нехай вона важить m кілограм), почали її штовхати з певною силою F і перемістили тим самим все це добро на відстань s.

Тоді робота, яку ми зробили (а ми безумовно зробили роботу, нехай і безглузду), буде обчислюватися за відповідною формулою для роботи в механіці:

робота класична механіка

При цьому поки ми штовхали візок, вона придбала якусь швидкість v, а значить, і енергію.

Кінетична енергія (енергія руху) візки обчислюється за формулою:

енергія класична механіка

Якщо ми піднатужившись і заходом нашу віз на гірку заввишки h, то вона придбає потенційну енергію, яку теж легко можна обчислити:

Потенціальна енергія

Робота не відбувається сама по собі. Робота відбувається за рахунок зміни енергії. Який зв’язок між роботою та енергією?

Наприклад, робота сили тяжіння по модулю дорівнює зміні потенційної енергії тіла.

Існує теорема про кінетичної енергії системи. У ньому записано, що зміна кінетичної енергії системи дорівнює роботі всіх внутрішніх і зовнішніх сил, що діють на тіла системи.

Закон збереження енергії

Закон збереження енергії – фундаментальний закон природи, про який ніколи не варто забувати. Згідно з цим законом, загальна кількість енергії замкнутої фізичної системи не прибуває і не убуває, а переходить з однієї форми в іншу, завжди залишаючись постійним.

Так, якщо віз скотиться з гірки, її потенційна енергія перейде в кінетичну. Сили тертя (дисипативні сили) ми тут не розглядаємо. У реальному світі віз, звичайно, загальмує, але енергія не зникне, а перейде у внутрішню енергію молекул внаслідок тертя коліс об поверхню.

Закон збереження енергії можна застосувати не тільки в рамках класичної механіки. Це закон, який можна застосовувати до цілого Всесвіту. Ось що говорив про закон збереження енергії Річард Фейман:

Це по суті математичний принцип, який стверджує, що існує деяка чисельна величина, яка не змінюється ні за яких обставин. Це аж ніяк не опис механізму явища або чогось конкретного … Просто наголошується на тому дивна обставина, що можна підрахувати якесь число і потім спокійно спостерігати, як природа буде викидати будь-які свої трюки, а потім знову підрахувати це число – і воно залишиться колишнім.

Посилання на основну публікацію