Кінэтычная і патэнцыйная энергія

Адной з характарыстык любой сістэмы з'яўляецца яе кінэтычная і патэнцыйная энергія. Калі якая-небудзь сіла F аказвае дзеянне на якое знаходзіцца ў спакоі цела такім чынам, што апошняе прыходзіць у рух, то мае месца здзяйсненне працы dA. У гэтым выпадку значэнне кінэтычнай энергіі dT становіцца тым вышэй, чым больш здзейснена працы. Іншымі словамі, можна напісаць роўнасць:

dA = dT

Улічваючы шлях dR, пройдзены целам, і якая развіваецца хуткасць dV, скарыстаемся другім законам Ньютана для сілы:

F = (dV / dt) * m

Важны момант: гэты закон можна выкарыстоўваць у тым выпадку, калі ўзятая інерцыяльная сістэма адліку. Выбар сістэмы ўплывае на значэнне энергіі. У міжнароднай сістэме СІ энергія вымяраецца ў джоўль (дж).

Адсюль вынікае, што кінэтычная энергія часціцы або цела, якая характарызуецца хуткасцю перамяшчэння V і масай m, складзе:

T = ((V * V) * m) / 2

Можна зрабіць выснову, што кінэтычная энергія вызначаецца хуткасцю і масай, фактычна прадстаўляючы сабой функцыю руху.

Кінэтычная і патэнцыйная энергія дазваляюць апісаць стан цела. Калі першая, як ужо было сказана, непасрэдна звязаная з рухам, то другая прымяняецца ў дачыненні да сістэмы ўзаемадзейнічаюць тэл. Кінэтычная і патэнцыйная энергія звычайна разглядаюцца для прыкладаў, калі сіла, якая злучае цела, не залежыць ад траекторыі руху. У такім выпадку важныя толькі пачатковае і канчатковае становішча. Самы вядомы прыклад - гравітацыйнае ўзаемадзеянне. А вось калі важная і траекторыя, то сіла з'яўляецца дысіпатыўных (трэнне).

Кажучы простай мовай, патэнцыйная энергія ўяўляе сабой магчымасць здзейсніць працу. Адпаведна, гэтая энергія можа быць разгледжана ў выглядзе працы, якую трэба здзейсніць для перамяшчэння цела з адной кропкі ў іншую. Гэта значыць:

dA = А * dR

Калі патэнцыйную энергію пазначыць як dP, то атрымліваем:

dA = - dP

Адмоўнае значэнне паказвае, што выкананне працы адбываецца дзякуючы памяншэнню dP. Для вядомай функцыі dP магчыма вызначыць не толькі модуль сілы F, але і вектар яе напрамкі.

Змена кінетычнай энергіі заўсёды звязана з патэнцыйнай. Гэта лёгка зразумець, калі ўспомніць закон захавання энергіі сістэмы. Сумарнае значэнне T + dP пры перамяшчэнні цела заўсёды застаецца нязменным. Такім чынам, змена T заўсёды адбываецца паралельна з змяненнем dP, яны нібы перацякаюць адна ў адну, преобразовывая.

Так як кінэтычная і патэнцыйная энергія ўзаемазвязаны, іх сума ўяўляе сабой поўную энергію разгляданай сістэмы. У дачыненні да малекул яна з'яўляецца ўнутранай энергіяй і прысутнічае заўсёды, пакуль ёсць хаця б цеплавы рух і ўзаемадзеянне.

Пры выкананні разлікаў выбіраецца сістэма адліку і любы адвольны момант, узяты за пачатковы. Дакладна вызначыць значэнне патэнцыйнай энергіі можна толькі ў зоне дзеяння такіх сіл, якія пры выкананні работы не залежаць ад траекторыі руху якой-небудзь часціцы або цела. У фізіцы такія сілы атрымалі назву кансерватыўных. Яны заўсёды ўзаемазвязаныя з законам захавання поўнай энергіі.

Цікавы момант: у сітуацыі, калі знешнія ўздзеяння мінімальныя або нівеліруюцца, любая вывучаецца сістэма заўсёды імкнецца да такога свайго стану, калі яе патэнцыйная энергія імкнецца да нуля. Да прыкладу, падкінуты мяч дасягне мяжы сваёй патэнцыйнай энергіі ў верхняй кропцы траекторыі, але ў той жа імгненне пачынае рух ўніз, пераўтвараючы назапашаную энергію ў рух, у выкананую працу. Варта яшчэ раз звярнуць увагу, што для патэнцыйнай энергіі заўсёды мае месца ўзаемадзеянне як мінімум двух тэл: так, у прыкладзе з мячом на яго аказвае ўплыў гравітацыя планеты. Кінэтычная ж энергія можа быць разлічана індывідуальна для кожнага які рухаецца цела.