Работа и мощность
Пусть тело под действием постоянной силы совершило перемещение s (Рис.2.3). Перемещение тела обусловлено касательной составляющей силы Fcos 
, которая называется движущей силой. Нормальная составляющая силы Fsin не вызывает перемещение тела по пути s.
Произведение движущей силы на перемещение называется работой:
. (2-12)
При 
работа положительна и сила вызывает перемещение тела;
при 
работа отрицательна и сила препятствует движению тела; при 
сила не совершает работы по перемещению; при 
В случае переменной силы и криволинейного пути формулой (2-12) пользоваться нельзя. В этом случае, рассматривая элементарное перемещение 
, силу 
можно считать постоянной и движение прямолинейным. Элементарной работой силы на перемещение называется величина
где - угол между векторами и ; 
- проекция вектора на (рис.2.1).
Работа силы на участке траектории от точки 1 до точки 2 определяется интегрированием
.
Работа является скалярной величиной и измеряется в Джоулях.
. 1Дж – работа, совершаемая силой 1 Н при перемещении тела на расстояние 1 м в направлении действия силы.
Для того, чтобы знать как быстро совершается работа, вводят понятие мощности:
.
Если тело под действием постоянной силы движется с постоянной скоростью, то мощность можно выразить в виде
.
Мощность тоже скалярная величина. Единица мощности – ватт. 1Вт – мощность, при которой за 1 с совершается работа, равная 1 Дж. 
2.8. Энергия. Закон сохранения энергии 
Энергия характеризует состояние системы, способность системы к совершению работы при переходе из одного состояния в другое.
Изменение энергии выражается работой, которую может совершить система, переходя из одного состояния в другое, т.е.:
,
где 
и 
- энергии системы в исходном и конечном состояниях.
Кинетическая энергия механической системы – это энергия механического движения этой системы. Определим эту энергию.
Пусть тело под действием силы тело изменило свою скорость от 0 до 
. Тогда
.
Согласно второго закона Ньютона 
Умножая обе части этого равенства на , получим
Если учесть, что 
, то 
. 
.
Кинетическая энергия зависит только от скорости и массы тела.
Потенциальная энергия – механическая энергия системы тел, определяемая их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними.
Силы, работа которых не зависит от формы пути, называются потенциальными, а поле этих сил – потенциальным. Тело, находясь в потенциальном поле, обладает потенциальной энергией. Работа, совершенная в этом поле равна приращению потенциальной энергии:
.
.
Потенциальная энергия тела массой m, поднятого на высоту h над поверхностью Земли, равна
.
Определим потенциальную энергию упругодеформированного тела. Элементарная работа при бесконечно малой деформации
.
Таким образом, 
.
Полная энергия системы складывается из всех присущих системе видов энергии.
Закон сохранения и превращения энергии в изолированной системе:
Полная энергия изолированной системы остается постоянной. При этом, будучи несозидаемой и неуничтожаемой, энергия может превращаться из одних видов другие.
Закон сохранения и превращения энергии в неизолированной системе:
Изменение энергии неизолированной системы равно работе, совершаемой системой:
.
Если работа совершается внутренними силами самой системы, то работа положительна и энергия системы убывает. Если же работа совершается внешними силами над системой, то работа отрицательно и энергия системы возрастает.
Закон сохранения и превращения энергии раскрывает физический смысл понятий энергии и работы. Таким образом, энергия является количественной и качественной характеристикой движения материи, а работа – количественная характеристика превращения одних форм движения материи в другое.
Дата добавления: 2015-04-15; просмотров: 814;