Работа и энергия. Энергия как универсальная мера различных форм движений и взаимодействий. Работа силы и её выражение через криволинейный интеграл.

Механической работой А называют скалярную величину, равную произведению модуля силы F, действующей на тело, и модуля перемещения s, совершаемого телом в направлении действия этой силы, А=F*s*cosα Таким образом, в общем случае механическая работа равна произведению модуля силы и модуля перемещения на косинус угла между направлениями силы и перемещения.

Механическая работа численно равна изменению механической энергии.

Различные тела имеют разную способность к совершению работы. Для того чтобы охарактеризовать эту способность количественно, используют специальную физическую величину – энергию.

Энергия – это физическая величина, характеризующая способность тела совершить работу.

 

В механике рассматриваются следующие виды энергии:

• Кинетическая энергия.

E=mv²/2

 Это энергия, которой тело обладает вследствие своего движения.

• Потенциальная энергия тела, поднятого над Землей.

E=mgh (22)

Этой энергией тело обладает вследствие своего положения относительно Земли.

Энергия - универсальная мера различных форм движения и взаимодействия. Различные формы энергии связывают с различными формами движения материи: механическую, тепловую, электромагнитную, ядерную и пр. В одних случаях форма движения материи не изменяется (например, холодное тело нагревает горячее), в других - переходит в другую форму (например, механическое движение превращается в тепловое в результате трения). Однако существенно, что во всех перечисленных случаях энергия, отданная (в той или иной форме) от одного тела другому телу, равна энергии, которую получило последнее тело.

механическая энергия описывает сумму потенциальной и кинетической энергии, имеющихся в компонентах механической системы. Механическая энергия — это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу.

Тепловая энергия — форма энергии, связанная с движением атомов, молекул или других частиц, из которых состоит тело.

ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ - количественная характеристика эл.-магн. взаимодействия. Величина Э. э. п. может быть установлена на основании измерения работы, производимой эл.-магн. полем (Лоренца силой)над носителями электрич. зарядов.

Ядерная энергия (атомная энергия) — это энергия, содержащаяся в атомных ядрах и выделяемая при ядерных реакциях.

Изменение механического движения тела вызывается силами, которые действуют на него со стороны других тел. С целью количественно описать процесс обмена энергией между взаимодействующими телами, в механике вводится понятие работы силы.

 Если тело движется прямолинейно и на него действует постоянная сила F, составляющая некоторый угол α с направлением перемещения, то работа этой силы равна проекции силы Fs на направление перемещения (Fs= Fcosα), умноженной на соответствующее перемещение точки приложения силы:

Если взять участок траектории от точки 1 до точки 2, то работа на нем равна алгебраической сумме элементарных работ на отдельных бесконечно малых участках пути. Поэтому эту сумму можно привести к интегралу   

Чтобы вычислить интеграл (2) надо знать зависимость силы Fs, от пути s вдоль траектории 1-2. Пусть эта зависимость представлена графически (рис. 2), тогда искомая работа А равна на графике площадью заштрихованной фигуры. Если точка движется прямолинейно, сила F=const и α=const, то получим