Імпульс тіла . Закон збереження імпульсу

Третій закон Ньютона

Якщо одне тіло діє на інше, то друге тіло діє на перше (тіла взаємодіють). Отже, за третім законом Ньютона: будь-які два тіла діють одне на одне з силами, однаковими за модулем і протилежними за напрямком.


Або

,

де — це фізична величина, що коливається, — час, — це найбільше значення, яке приймає величина під час коливань, яке називають амплітудою коливань, — циклічна частота коливань, — фаза коливань.

Періодом коливань називається величина

.

Лінійна частота коливань визначається, як

.

 

 

10. Електриза ́ ція (рос. электризация, фр. électrisation, electrification, нім. Elektrisierung f) — процес надання тілу електричного заряду за рахунок інших тіл. Процес, що приводить до появи на тілах або різних частинах одного тіла надлишку електричного заряду.

Електризація може відбуватися під дією світла, тертя й інших взаємодій. При електризації завжди виконується закон збереження електричного заряду.

Найпоширенішим прикладом електризації є трибоелектричний ефект, тобто процес електризації від тертя. Наприклад, бурштинова паличка може набувати електричного заряду при натиранні вовною. Такий процес електризації був вперше зафіксований Фалесом Мілетським біля 600 року до н. е. Іншими прикладоми матеріалів, які набувають електричного заряду при терті, є скло, при натиранні шовком, та ебоніт, при натиранні хутром.

 

Електри ́ чний заря ́ д — скалярна фізична величина, квантована та інваріантна, яка є кількісною мірою властивості фізичних тіл або частинок речовинивступати в електромагнітну взаємодію. Електричний заряд звичайно позначають латинськими літерами q або великою буквою Q. Одиницею вимірювання електричного заряду в системі одиниць СІ є кулон.

 

Дискретність електричного заряду[ред. • ред. код]

Важлива особливість заряду полягає в тому, що він квантований (дискретний). Експериментально квантування заряду було виявлено Робертом Ендрусом Міллікеном в експерименті з олійними краплями. Існує найменший електричний заряд, на який можна збільшити, або зменшити сукупний заряд тіла. Цей заряд називають одиничним або елементарним і часто позначають латинською літерою е.

e = 1.602 176 487(40) ×10^-19 Кл^[1].

Таким чином, електричний заряд частинки можна розглядати в двох сутностях: здатності частинки створювати електричне поле і взаємодіяти з ним: дискретної величини, яка приймає цілі значення, наприклад, , і сталої, яка характеризує інтенсивність цієї взаємодії, кількісне значення якої — величина e. В безрозмірних одиницях інтенсивність взаємодії можна виразити сталою тонкої структури, розділивши квадрат величини e на добуток двох інших фундаментальних сталих: швидкості світла і сталої Планка.

Носіями заряду бувають стійкі (стабільні) і нестійкі (нестабільні) частинки. Серед найстабільніших частинок електрон має одиничний негативний заряд,протон — одиничний позитивний заряд. Заряд ядер атомів визначається кількістю протонів у них.

Теорія кварків стверджує, що кварки мають дробний електричний заряд: або від елементарного заряду.

Закон збереження[ред. • ред. код]

Докладніше у статті Закон збереження електричного заряду

Один із фундаментальних законів фізики стверджує, що електричний заряд не виникає і не зникає. В макроскопічному світі це означає, що заряд певного тіла може збільшитися або зменшитися тільки внаслідок перетікання його на інші тіла й компенсацією зарядом іншого знаку. Ізольована фізична системазберігає свій заряд. У світі елементарних частинок закон збереження означає, що при будь-яких перетвореннях частинок алгебраїчна сума зарядів частинок зберігається.

 

 

Зако́н збере́ження електри́чного заря́ду — один із фундаментальних законів фізики. Він полягає в тому, що повний заряд (алгебраїчна сума зарядів)ізольованої замкнутої фізичної системи тіл залишається незмінним при будь-яких процесах, які відбуваються всередині цієї системи.

Для неізольованих систем закон збереження заряду набирає вигляду рівняння неперервності

,

де - густина заряду, - густина струму.

Це математичний запис твердження, що зміна густини заряду в достатньо малому об'ємі дорівнює потоку заряду через поверхню цього об'єму (в диференційній формі).

 

 

Зако́н Куло́на — это закон, описывающий силы взаимодействия между неподвижными точечными электрическими зарядами.

 

Формулировка закона звучит так.

Силы взаимодействия между неподвижными зарядами прямо пропорциональна произведению модулей этих зарядов о также обратно пропорциональна расстоянию в квадрате между этими зарядами.

 

Формула1 — закон Кулона

где к коэффициент пропорциональности

q1,q2 неподвижные точечные заряды

r расстояние между зарядами

Закон Кулона

Закон електромагнітної взаємодії нерухо­мих електричних зарядів експерименталь­но встановив у 1875 році французький фізик Шарль Кулон. Сила електро­магнітної взаємодії точкових нерухомих електричних зарядів прямо пропорційна до

добутку абсолютних значень зарядів і й обернено пропорційна до квадрата

відстані rміж ними:

 

 

11. Електричне поле — одна зі складових електромагнітного поля, що існує навколо тіл або частинок, що мають електричний заряд, а також у вільному вигляді при зміні магнітного поля (наприклад, в електромагнітних хвилях). Електричне поле може спостерігатися завдяки силовому впливу на заряджені тіла.

Кількісними характеристиками електричного поля є вектор напруженості електричного поля , що визначається як сила, яка діє на одиничний заряд, та вектор електричної індукції .

У випадку, коли електричне поле не змінюється з часом, його називають електростатичним полем.

Розділ фізики, який вивчає розподіл статичного електричного поля в просторі, називаєтьсяелектростатикою.

 

Енергія електричного поля

Потенціальна енергія електричного поля зарядженого конденсатора може перетво­рюватися на інші види енергії. Наприклад, під час підключення виводів зарядженого конденсатора до електричної лампи елект­ричне поле створює електричний струм, нитка лампи нагрівається й випромінює світло.

 

 

Закон Гука

Строга форма запису закону Гука[ред. • ред. код]

,

де — тензор механічних напружень, — тензор деформації, а — тензор чертвертого рангу, який називається тензором модулів пружності і є характеристикою речовини.

Закон Гука був сформульований Робертом Гуком у 1660.

 

 

Закон Ома для повного кола

Ноябрь 7th, 2012 admin

Êîëî, ÿêå º çàìêíåíèì àáî ïîâíèì, ñêëàäàºòüñÿ ç âíóòð³øíüî¿ ÷àñòèíè (äæåðåëà ÅÐÑ) ³ çîâí³øíüî¿, ÿêà ç’ºäíóº ïîëþñè äæåðåëà. Äæåðåëî ÅÐÑ, ÿê ³ áóäü-ÿêèé ïðîâ³äíèê, ìຠïåâíèé îï³ð, ÿêèé íàçèâàºòüñÿ âíóòð³øí³ì îïîðîì ³ ïîçíà÷àþòü çâè÷àéíî r.

 

Ìîæíà ïðèïóñòèòè, ùî äî äæåðåëà åëåêòðè÷íî¿ åíåð㳿 ç åëåêòðîðóø³éíîþ ñèëîþ ³ âíóòð³øí³ì îïîðîì r ïðèºäíàíî îï³ð R.

 

Íåõàé çà ÷àñ t ÷åðåç ïîïåðå÷íèé ïåðåð³ç ïðîâ³äíèêà ïðîéäå çàðÿä q=I.t.
Òîä³ ðîáîòà ñòîðîíí³õ ñèë ç ïåðåì³ùåííÿ çàðÿäó q:

Çà ðàõóíîê ö³º¿ ðîáîòè íà çîâí³øí³õ ³ âíóòð³øí³õ îïîðàõ âèä³ëÿºòüñÿ ê³ëüê³ñòü òåïëîòè ð³âíà:

 

Q=I²(R+r)t

Çã³äíî çàêîíó çáåðåæåííÿ åíåð㳿 A=Q, àáî It=I²(R+r)t, çâ³äêè IR+Ir.
Òåïåð ìîæíà ñêàçàòè, ùî ÅÐÑ äîð³âíþº ñóì³ ñïàä³â íàïðóã íà çîâí³øí³õ ³ âíóòð³øí³õ îïîðàõ çàìêíóòîãî êîëà. Ñèëà ñòðóìó â çàìêíóòîìó êîë³ ïðÿìî ïðîïîðö³éíà ÅÐÑ äæåðåëà ñòðóìó ³ îáåðíåíî ïðîïîðö³éíà ñóì³ çîâí³øí³õ ³ âíóòð³øí³õ îïîð³â. Öå º çàêîí Îìà äëÿ ïîâíîãî (çàìêíóòîãî) êîëà. Îòæå, ñèëà ñòðóìó â êîë³ çàëåæèòü â³ä òðüîõ âåëè÷èí, äâ³ ç ÿêèõ (ÅÐÑ ³ âíóòð³øí³é îï³ð) õàðàêòåðèçóþòü äæåðåëî, à òðåòÿ – çàëåæèòü â³ä ñàìîãî êîëà. ßêùî êîðèñòóâàòèñÿ ïåâíèì äæåðåëîì åëåêòðè÷íî¿ åíåð㳿, òî q ³ r ìîæíà ââàæàòè ñòàëèìè âåëè÷èíàìè.

 

Äëÿ íàáëèæåíîãî âèì³ðþâàííÿ ÅÐÑ äæåðåëà, âîëüòìåòð ïðèºäíóþòü äî ïîëþñ³â äæåðåëà ïðè ðîç³ìêíóòîìó çîâí³øíüîìó êîë³. Ïðè öüîìó âîëüòìåòð ïîêàçóº ñïàä íàïðóãè IR íà ñàìîìó ñîá³, à îñê³ëüêè îï³ð âîëüòìåòðà äóæå âåëèêèé, òî ïðè öüîìó R>>r ³ U=IR. ×èì á³ëüøèé îï³ð âîëüòìåòðà ïîð³âíÿíî ç âíóòð³øí³ì îïîðîì äæåðåëà ñòðóìó, òèì òî÷í³øå çíà÷åííÿ ä³ñòàíåìî äëÿ ÅÐÑ.

Закон Джоуля - Ленца

Роботу, яку виконує джерело струму з ЕРС, визначають за формулою:

Енергія джерела струму перетворюється частково або повністю у внутрішню енергію провідника або в механічну енергію. Скориставшись законом Ома, роботу можна виразити через силу струму або напругу:

Потужність електричного струму дорівнює відношенню роботи А до часу t, протягом якого вона виконується:

Одиницею потужності в СІ є Ват (Вт).

Якщо по провіднику проходить струм, то провідник нагрівається. Англійський вчений Дж. П. Джоуль і російський вчений Е. Х. Ленц встановили закон (Джоуля – Ленца): кількість теплоти, що виділяється в провіднику зі струмом, пропорційна силі струму, напрузі і часу проходження струму:

При відсутності сторонніх сил:

 

Третій закон Ньютона

Якщо одне тіло діє на інше, то друге тіло діє на перше (тіла взаємодіють). Отже, за третім законом Ньютона: будь-які два тіла діють одне на одне з силами, однаковими за модулем і протилежними за напрямком.


Імпульс тіла. Закон збереження імпульсу

 

Імпульсом (кількістю руху) тіла називається векторна величина, що вимірюється добутком маси тіла на його швидкість.

Одиниця імпульсу в СІ – Ньютон – секунда .

Величина має назву імпульс сили.

Систему тіл називають замкненою (ізольованою), якщо на неї не діють зовнішні сили. Для замкненої системи геометрична сума імпульсів тіл є величиною сталою під час будь-яких рухів і взаємодії тіл системи.

швидкість відповідних тіл до взаємодії,

- швидкості цих тіл після взаємодії.

Рівняння (2.32) виражає закон збереження імпульсу.

Пружною взаємодією тіл (пружним ударом) називається взаємодія, під час якої зберігається геометрична сума імпульсів та сума кінетичних енергій взаємодіючих тіл.

Непружною взаємодією (непружним ударом) називається взаємодія, після якої форма тіл не відновлюється і обидва тіла рухаються як одне. Застосувавши закон збереження імпульсу , отримаємо:

При непружному ударі тіла нагріваються за рахунок зменшення кінетичної енергії:

Закони збереження імпульсу можна продемонструвати на прикладі реактивного руху. Реактивний рух – це рух, який виникає, коли від тіла відокремлюється і рухається з деякою відносною швидкістю якась його частинка. Наприклад, коли із сопла ракети витікають продукти згорання палива. Під час цього ракета дістає такий самий за модулем імпульс як імпульс продуктів згорання, але напрямок буде протилежний (Рис. 11).

Виходячи із закону збереження імпульсу , швидкість ракети визначимо за формулою:

Реактивна сила тяги буде обраховуватися за формулою:

– швидкість витікання палива відносно ракети, витрата палива (зменшення маси) за одиницю часу.

6. Самоіндукція — явище виникнення електрорушійної сили в провіднику при зміні електричного струму в ньому. Знак електрорушійної сили завжди такий, що вона протидіє зміні сили струму. Самоіндукція призводить до скінченного часу наростання сили струму при вмиканні джерела живлення і спадання струму при розмиканні електричного кола.

Величина електрорушійної сили самоіндукції визначається за формулою

,

де — е.р.с., — сила струму, L — індуктивність.

САМОІНДУКЦІЯ. ІНДУКТИВНІСТЬ. ЕНЕРГІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ СТРУМУ

 

САМОІНДУКЦІЯ

Кожен провідник, у якому існує електричний струм, має «власне» магнітне поле. Це поле виявляється в момент, коли замикається електричне коло і в провіднику з'являється електричний струм. Якщо індукція магнітного поля перед замиканням кола дорівнювала нулю (В₀ = 0), то через деякий час після замикання вона матиме певне значення В, відмінне від нуля. Отже, момент замикання електричного кола можна вважати моментом зміни магнітного потоку. А будь-яка зміна магнітного потоку, за законом електромагнітної індукції, зумовлює появу вихрового електричного поля, яке спричинює появу ЕРС в усіх замкнутих провідниках, які знаходяться в цьому полі. Не може бути винятком і провідник, який є «джерелом» цього поля. Вихрове електричне поле і в ньому індукує ЕРС індукції.

Явище самоіндукції виявив Д. Генрі у 1832 р.

При замиканні електричного кола спостерігається електромагнітна індукція

Складемо електричне коло з джерела струму GB, вимикача S та електричної лампочки HL (мал. 1.21).

Якщо замкнути коло, уважно спостерігаючи за лампочкою, то побачимо, що лампочка засвітиться практично миттєво. Якщо ж у коло послідовно з лампочкою ввімкнути котушку із залізним осердям (мал. 1.22),

то процес встановлення струму в колі проходитиме інакше. Після замикання кола яскравість свічення нитки розжарення лампочки збільшуватиметься поступово. Це засвідчує, що і струм у колі зростає поступово впродовж певного часу. Хід цього процесу ілюструє графік, наведений на мал. 1.23.

Зрозуміти результати досліду можна, пригадавши правило Ленца, згідно з яким ЕРС, індукована у провіднику вихровим електричним полем, має знак, протилежний знаку ЕРС джерела струму. І лише робота сторонніх сил у джерелі струму поступово зменшує швидкість наростання напруженості індукованого електричного поля і виникнення ЕРС індукції."Оскільки зміна магнітного потоку і явище електромагнітної індукції відбуваються одночасно в одному колі, то на відміну від попередніх випадків це явище називають самоіндукцією. Розрахувати значення ЕРС самоіндукції можна, застосувавши закон електромагнітної індукції:

Дослідження явища самоіндукції показали, що значення ЕРС самоіндукції залежить від параметрів електричного кола. На мал. 1.24—1.26 наведено графіки, які ілюструють процес встановлення струму в колах із різними котушками.

Неважко помітити, що струм у колі, в якому є котушка, що має 100 витків (мал. 1.24), наростає швидше, ніж у колі, в яке ввімкнено котушку із 4000 витків, і має такий самий опір R (мал. 1.25). На процес встановлення струму в колі істотно впливає феромагнітне осердя (мал. 1.26).

Оскільки ЕРС самоіндукції протидіє ЕРС джерела струму, то за результатами дослідів, які ілюструють мал. 1.24—1.26, можна дійти висновку, що ЕРС самоіндукції залежить від характеристик котушки, ввімкненої в електричне коло. Однією з таких характеристик є індуктивність.

Фізичну величину, яка характеризує електромагнітні властивості котушки і є визначальною в процесі самоіндукції, називають індуктивністю.

Індуктивність є індивідуальною характеристикою не лише котушки, а й будь-якого провідника. Тому загалом говорять про індуктивність провідника.

Спосіб розрахунку значення індуктивності грунтується на тому, що магнітний потік у котушці зі струмом пропорційний силі струму в ній. У математичній формі це записують формулою

де Ф — магнітний потік у котушці; / — сила струму в ній; L — стала для даної котушки величина.

Звідси зміна магнітного потоку дорівнюватиме:

Магнітний потік котушки пропорційний силі струму в ній

З урахуванням отриманої залежності, закон електромагнітної індукції для випадку самоіндукції можна записати так:

звідси

Залежність між величинами, які описують процес електромагнітної індукції, дає змогу встановити одиницю вимірювання індуктивності.

Якщо внаслідок зміни сили струму в провіднику на 1 А за 1 c ньому індукується ЕРС самоіндукції 1 В, то цей провідник має індуктивність 1 генрі (1 Гн).

Одиниця індуктивності названа на честь американського фізика Д. Генрі, який зробив вагомий внесок у розвиток науки про електромагнітні явища.

Одиниця 1 генрі досить велика, тому застосовують її частинки:

1 Гн = 1000 мГн = 1 000 000 мкГн,
або 1 мкГн =10^-3 мГн = 10^-6 Гн.

Індуктивність котушки визначається її фізичними характеристиками

Оскільки індуктивність описує електромагнітні властивості провідника, то вона залежить від його форми, розмірів та магнітної проникності середовища, в якому знаходиться провідник.

Явище самоіндукції спостерігається і при розмиканні електричного кола.

Складемо електричне коло з джерела струму, вимикача, котушки і лампи розжарення. Лампу розжарення, опір якої значно менший за опір котушки, увімкнемо паралельно котушці, (мал.1.27).

Якщо замкнути коло, то нитка розжарення буде розжарюватись і випромінювати світло. Струм проходитиме і в котушці, створюючи магнітний потік, який дорівнює

Якщо тепер розімкнути коло, то лампочка гаснутиме поступово. Це явище також є наслідком самоіндукції. У результаті зміни магнітного потоку при розмиканні кола з'являється ЕРС самоіндукції, яка підтримує в котушці струм попереднього напрямку, оскільки зі зменшенням магнітного потоку, за правилом Ленца, ЕРС самоіндукції матиме такий самий знак, як і ЕРС джерела струму.

Графік зміни сили струму в колі в момент розмикання наведено на мал. 1.28.

Струм поступово зменшується від значення I ₀, яке було перед розмиканням, до нуля, нагріваючи при цьому провідники. Якби обмотка котушки була виготовлена з надпровідного матеріалу і закорочена таким самим провідником, то струм у колі існував би нескінченно довго.

Повторимо попередній дослід за умови, що котушка має малий опір, а лампочка — великий. Джерело струму підберемо так, що в разі замикання кола струм у ньому проходитиме, але лампочка не світитиметься. Якщо ж розімкнути коло, то лампочка яскраво спалахне і поступово погасне. Це означає, що в колі з'явилася ЕРС набагато більша, ніж ЕРС джерела струму. Струм у колі вимикається майже миттєво, тому швидкість зміни магнітного потоку матиме велике значення, а ЕРС самоіндукції значно переважатиме значення ЕРС джерела струму в колі. Залежність ЕРС при розмиканні кола від часу наведено на мал. 1.29.

До моменту t _о в колі існувала лише ЕРС джерела струму . Після розмикання кола ця ЕРС зникла, але з'явилася значно більша ЕРС самоіндукції _si.

Появу великої ЕРС можна спостерігати в повсякденному житті. Наприклад, коли штанга тролейбуса з якихось причин від'єднується від контактної мережі і коло живлення електродвигуна, який має значну індуктивність, розривається, з'являється велика іскра. З цієї ж причини вимикачі, які працюють у колах з великими індуктивностями, виготовляють із розрахунком на значно більші напруги, ніж робочі напруги цих кіл.

Поява іскри між контактами вимикача при розмиканні кола обумовлена явищем електромагнітної індукції в даному колі

У потужних роз'єднувачах, які працюють на великих електророзподільних підстанціях, контакти занурюють у масляні ванни, які гасять електричну дугу, що виникає внаслідок самоіндукції при розмиканні кола.

Для вимкнення потужних електродвигунів використовують спеціальні реостати, які поступово зменшують силу струму в колі і тим самим запобігають шкідливим проявам явища самоіндукції, які здатні вивести з ладу ізоляцію обмоток.

 

ЕНЕРГІЯ МАГНІТНОГО ПОЛЯ ПРОВІДНИКА ЗІ СТРУМОМ

Явище самоіндукції підтверджує дію закону збереження і перетворення енергії в електромагнітних явищах. Унаслідок явища самоіндукції при замиканні електричного кола з'являється ЕРС самоіндукції _sі, яка за правилом Ленца мала б компенсувати ЕРС джерела струму і, тим самим, унеможливити встановлення струму певного значення в електричному колі. Насправді такого не спостерігається. Хоча й протягом певного часу, але в колі врешті-решт встановлюється струм, значення якого визначається лише законом Ома для повного кола:

де /—сила струму; — ЕРС джерела струму; (R + г) — повний опір електричного кола.

За умови, що сила струму в колі не змінюється, ЕРС самоіндукції дорівнює нулю. Такий стан в електричному колі встановлюється тому, що за рахунок енергії джерела струму виконується робота з коменсації ЕРС самоіндукції. Це аналогічно випадку, коли для надання нерухомому тілу масою т певної швидкості v потрібно виконати певну роботу з подолання інерції:

Явище самоіндукції підпорядко ване закону збереження енергії
 

ЕРС самоіндукції компенсується за рахунок ЕРС джерела струму

ЕРС самоіндукції залежить від індуктивності провідника і швидкості зміни сили струму в ньому

Робота джерела струму, за законом збереження і перетворення енергії, виконується не безслідно. У котушці зі струмом чи навколо будь-якого провідника виявимо магнітне поле. Будь-які зміни сили струму в котушці викличуть появу ЕРС індукції і приведуть до виконання роботи джерелом струму. Ця робота змінить енергію магнітного поля котушки чи провідника довільної форми.

Отже, магнітне поле провідника зі струмом має енергію, яка дорівнює роботі джерела струму впродовж встановлення стабільного значення сили струму в колі.

Нехай котушка індуктивності L увімкнена в електричне коло із джерела струму GB і вимикача S (мал.1.30).

Довжина з'єднувальних провідників невелика, тому їх індуктивністю можна знехтувати.

У момент замикання електричного кола з'являється ЕРС самоіндукції, яка дорівнює

Для компенсації цієї ЕРС джерело струму виконує роботу з переміщення заряджених частинок, загальний заряд яких дорівнює q. За визначенням, ця робота дорівнює

або

При цьому сила струму в колі змінюється від нуля до І_mах.

За означенням

Однак при замиканні кола струм не має сталого значення. Для спрощення вважатимемо, що сила струму для розрахунку значення заряду лінійно змінюється з плином часу. Тоді візьмемо значення сили струму

Отже,

Зміна сили струму Δ I за інтервал часу Δ t дорівнюватиме I _mах:

Робота, виконана джерелом струму, дорівнюватиме енергії магнітного поля котушки зі струмом. Отже,

Врахувавши, що /_max = I o, одержимо

Робота в електричному колі при електромагнітній індукції

Енергія магнітного поля залежить від індуктивності провідника і сили струму в ньому

Енергія магнітного поля котушки зі струмом пропорційна індуктивності котушки і квадрату сили струму в ній.

7.      Потенціальна енергія
У повсякденному житті можна знайти багато різних тіл, при переміщенні яких може виконуватися робота. Так, випущена з рук кулька почне падати під дією сили тяжіння, яка виконуватиме роботу з переміщення кульки.
Стиснута пружина може підняти на певну висоту тягарець. Тут сила пружності виконає роботу з переміщення тягарця.

Що таке енергія
Енергія — це фізична величина, що пока-зує, яка робота може бути виконана при переміщенні тіла.
Можна навести ще багато різних прикладів із природи, з повсякденного життя, з техніки, в яких ідеться про тіла, які знаходяться в такому стані, що за певних умов може виконатися робота при їх переміщенні. Про такі тіла кажуть, що
вони мають енергію. За різних умов результат виконання роботи може бути різним. Тому й енергія може мати різні значення та бути розрахована.

Одиниці енергії
Оскільки йдеться про можливість виконання роботи, то енергію доцільно вимірювати тими самими одиницями, що й роботу. Тому одиницею енергії є 1 Дж.

Види механічної енергії
У фізиці розрізняють два види механічної енергії: потенціальну і кінетичну. Якщо тіло нерухоме, але на нього діє певна сила, то кажуть, що воно має потенціальну енергію.
Потенціальну енергію має тіло, підняте над поверхнею Землі, стиснута пружина, стиснутий газ, річкова вода у водоймищі тощо.

 

Як розраховують потенціальну енергію
Розраховують потенціальну енергію з урахуванням природи сил, які діють на ці тіла. Найпростіше розрахувати потенціальну енергію тіла, піднятого над поверхнею Землі, оскільки сила, яка діє на нього, залишається практично сталою протягом усього часу його руху під дією цієї сили.
Нехай тіло масою т знаходиться на висоті h над землею. Якщо воно впаде на поверхню, то буде виконана робота
А = Fs = mgh.
Отже, про таке тіло можна сказати, що воно має потенціальну енергію
Е_п = mgh.

Кінетична енергія
Спостереження за явищами природи показують, що робота може виконуватися при русі тіл. Так, тепловоз, рухаючись колією, стикається з вагоном і зміщує його на деяку відстань. Виконується робота і в тому випадку, коли кинутий камінь пробиває кригу. Вистрілена з рушниці куля пробиває дошку тощо. Якщо потенціальну енергію мають тіла, на які діє сила, то в перелічених вище прикладах робота виконується тому, що вони здійснювали переміщення, рухалися.

 

Яку енергію мають рухомі тіла
Кінетична енергія є фізичною величиною, і її значення можна розраховувати. Для цього треба знати, від яких фізичних величин вона залежить.
Енергію рухомого тіла називають кінетичною енергією.

Як розраховують кінетичну енергію
Поставимо жолоб під деяким кутом до поверхні стола. На деякій відстані від його нижнього кінця покладемо брусок. На середній частині жолоба розмістимо маленьку стальну кульку і відпустимо її. Скотившись із жолоба, кулька вдариться об брусок і перемістить його на деяку відстань. Відмітимо відстань, на яку зміститься брусок.
Розмістимо кульку у верхній частині жолоба і відпустимо її. У цьому випадку, скотившись жолобом до основи, кулька набуває більшої швидкості, ніж раніше. Ударившись об брусок, вона перемістить його на більшу відстань, ніж у попередньому досліді, виконавши відповідно більшу роботу.
Отже, кінетична енергія тіла залежить від його швидкості. Ця залежність нелінійна, що помітно на графіку залежності кінетичної енергії тіла від його швидкості, який має вигляд кривої лінії.

 

Кінетична енергія тіла
Як відомо, швидкість тіла є відносною величиною, що залежить від вибору тіла відліку. Тому й кінетична енергія є величиною відносною. Якщо артилерійський снаряд, поціливши в стіну, наносить їй значних руйнувань, то снаряд, посланий услід надзвуковому літаку, не завдасть йому суттєвих ушкоджень, оскільки швидкість снаряда відносно літака буде невеликою.
Наслідки зіткнення автомобілів цу випадку, коли вони рухаються назустріч один одному, будуть завжди більш відчутними, ніж тоді, коли один автомобіль наздоганяє другий. Кінетична енергія залежить і від маси тіла. Якщо повторимо попередні досліди з кулькою більшої маси, то побачимо, що переміщення бруска в цьому випадку буде більшим. Ця залежність лінійна, тому можна сказати, що кінетична енергія тіла пропорційна його масі.

Як розрахувати кінетичну енергію
Кінетичну енергію різних тіл використовують для виконання механічної роботи. Так, досвідчені водії автомобілів час від часу від'єднують двигун від коліс, вимикаючи зчеплення, і цим економлять паливо. Робота з подолання сил тертя виконується за рахунок кінетичної енергії автомобіля, який рухається з деякою швидкістю. Конструктори працюють над розробкою моделі міського автобуса, який рушає з місця за рахунок енергії розкрученого під час зупинки важкого маховика. Це дає можливість суттєво зменшити викиди шкідливих речовин в атмосферу та економити паливо.
У південних областях України, зокрема на Кримському півострові, використовують вітрові електростанції, які працюють за рахунок кінетичної енергії рухомого повітря — вітру.

Використання закону збереження і перетворення енергії
Закон збереження і перетворення енергії знайшов застосування в різних галузях техніки і виробництва. Так, біля багатьох гідроелектростанцій побудовані так звані гідроакумулюючі станції. У період, коли споживання електроенергії мале, вода з основної водойми не зливається через греблю, а продовжує обертати лопаті турбін, з'єднаних з генераторами. Вироблений електричний стру