Потенциальная энергия

Силы, по их свойствам, можно разбить на два класса.

 

Силы, работы которых зависят лишь от начальной и конечной точек траектории,

но не зависит от вида траектории, но не зависит от вида траектории, называются

потенциальными. Работа таких сил по замкнутому контуру равна 0. Такие силы

называются консервативными.

Например, движение тела в поле тяготения. Работа сил в поле тяготения,

относительно поверхности земли, зависит только от разности высот и не зависит

от траектории.

Эта сила в любой точке имеет одинаковую величину и направление вниз.

 

 

 

 

- проекция перемещения на направление силы

 

 

 

Сумма всех проекций от всех элементарных перемещений даст разность высот

между точками 1 и 2 относительно поверхности земли. Такой результат получится

для всякого однородного стационарного поля.

Оказывается, что все четыре спина фундаментальных сил, действующих

Между элементарными частицами – консервативные.

Диссипативные силы – это силы, работа которых зависит от траектории

движения тела.

Диссипативная система – в которой часть механической энергии переходит в

другие виды энергии. ( во внутреннюю)

 

Потенциальная энергия материальной точки во внешнем силовом поле и

Потенциальная энергия взаимодействия частиц системы.

 

 

Закон сохранения полной механической энергии

 

В изолированной системе, в которой действуют только консервативные силы,

сумма кинетической и потенциальной энергии – постоянна.

 

 

Работа потенциальной силы всегда равна, со знаком “-“ изменению

потенциальной энергии частицы при ее перемещении из одного положения в другое

 

Рассмотрим подробнее потенциальную энергию тела массы m в поле тяготения

Земли.

 

R – радиус Земли, M – масса Земли.

 

Пусть частица находится на высоте h над поверхностью Земли, тогда

Потенциальная энергия частицы равна.

 

 

Если h<<R , то <<1, то

 

 

можно принять с большой точностью

 

 

Первый член постоянная величина

Второй – закон:

 

 

Тогда получил знакомую формулу потенциальная энергии в поле тяжести Земли:

 

 

Значит формула справедлива при h<<R

Соотношение позволяет определить массу Земли.

 

 

 

Вид потенциальной энергии сил межатомного и межмолекулярного

взаимодействий можем охарактеризовать только качественно.

Потенциальная энергия частицы U в поле силы изменяется от расстояния r

до центра, изображенному на рисунке.

 

 

На равновесном расстоянии r0 потенциальная энергия имеет экстремум

поскольку сила в этой точке = 0.

 

При смещении влево получим силу отталкивания, при смещении вправо

силу притяжения.

 

 

С учетом потенциальной энергии взаимодействия частиц системы:

 

 

Если влияние неконсервативной силы отсутствует, то

 

 

Полная механическая энергия системы тел, на которые действуют лишь

консервативные силы, остается постоянной – закон сохранения механической

энергии.

 

Для замкнутой системы

 

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, между которыми действуют только консервативные силы постоянна.

 

При наличие неконсервативных сил полная механическая не сохраняется.

(сила трения, сопротивление среды).

 

При наличии неконсервативных сил, полная механическая энергия уменьшается,

переходя во внутреннюю энергию тел (нагревание). Но полное количество

энергии в изолированной системе тел всегда остается постоянным. Энергия лишь

переходит из одной форы в другую (механическая – внутренняя).

В основе закона сохранения энергии лежит однородность времени: т.е.

равнозначность всех моментов времени, заключается в том, что замена момента

времени t1 моментом t2 без изменения координат и скоростей тел не изменяет

механических свойств системы.