fizyka2

1. Mechanika

1 .MECHANIK

Energia mechaniczna

Energia jest to potencjalna możliwość wykonywania przez ciało pracy, jeśli zaistnieją odpowiednie warunki fizyczne. Energia mechaniczna może być zmagazynowana w ciele pod postacią energii potencjalnej i kinetycznej.

Jednostką energii jest dżul. Energię elektryczną dostarczoną z elektrowni mierzymy w kilowatogodzinach (I kWh = 3600000 J). Energia zmagazynowana w pokarmach podawana jest w kilokaloriach (1 kcal = 4190.1).

Energia potencjalna

Energia kinetyczna

Energia potencjalna to energia wzajemnego oddziaływania, czyli energia układu ciał zmieniająca się przy zmianie ich wzajemnego położenia.

Ciało może gromadzić energię potencjalną, zmieniając położenie względem innego ciała na skutek oddziaływania sił, np. elektrycznych, grawitacji lub sprężystości.

Energia potencjalna grawitacji się zmienia, gdy zmienia się odległość pomiędzy ciałami oddziaływującymi ze sobą grawitacyjnie.

Energia potencjalna sprężystości natomiast zmienia się wskutek zmiany kształtu, np. rozciągnięcia lub ściśnięcia sprężyny.

Zmiana energii potencjalnej układu ciał jest równa pracy siły zewnętrznej F równoważącej w każdym punkcie siłę wzajemnego oddziaływania ciał (siłę wewnętrzną, np siłę ciężkości).

Podnosząc ciało o masie m na wysokość h, wykonujemy pracę siłą równoważącą siłę ciężkości.

A E = W, F = Q, a = 0°

W = F h cos 0°, W = mgh AE = E . - E = mgh

p    p 1    pi)    °

AE = mgh

r

IArl= h

Przy opuszczaniu ciała na poziom o energii E = 0 praca wykonana przez siłę zewnętrzną jest ujemna,

bo a ( F.,Ar ) = 180°.

^Epi = ^mS^h

W = F h cos 180° = — >ngh AE = E - E , = mgh

p p0    p1    o

Wyboru poziomu, któremu przypisujemy F_pi) = 0, możemy dokonać dowolnie.

Praca włożona na przemieszczenie ciała z poziomu początkowego na końcowy nie wyznacza całkowitego zasobu końcowej energii potencjalnej, a jedynie jej nadwyżkę ponad wartość E_p0, określającą energię potencjalną na poziomie początkowym. Zazwyczaj poziom początkowy przyjmujemy za zerowy.

Energia kinetyczna związana jest z ruchem. Każde ciało, które w rozważanym układzie odniesienia znajduje się w ruchu, ma w tym układzie energię kinetyczną. Każde ciało, które ma energię kinetyczną, zdolne jest do wykonania pracy. Na przykład poruszający się samochód, uderzając o jakąś przeszkodę, może ją przesunąć lub zgnieść, a więc wykonać pracę. Energia kinetyczna jest szybko rosnącą funkcją zmiennej v:

_P _ mv~

^E- 2 '

Jest ona proporcjonalna do kwadratu szybkości, z jaką porusza się ciało.

Energia kinetyczna ulega zmianie, gdy siły działające na to ciało się nie równoważą. Zmiana energii kinetycznej ciała jest równa pracy siły wypadkowej działającej na to ciało.

A E, = W,

F wypadków a

Ó    ^H    O

E.=

A F = F - E

AE, =

W_r - F ■ s = ma j v₀f + j = mat ^v_n + -y- j

/ ^v ~

=m{v-v ₀)lv₀+ —

-m\v- v„

v„+v

W, =

mv

2

^mvn

2

W,= AE_k

Energia kinetyczna nigdy nie jest ujemna, natomiast równa zeru jest tylko dla ciała spoczywającego w danym układzie. Energia kinetyczna ciała ma wartość liczbową zależną od układu odniesienia, gdyż prędkość zależy od wyboru układu odniesienia.