Механика, молекулярная физика и термодинамика
Методическое пособие - Физика
Другие методички по предмету Физика
исит от пути перехода тела или системы из начального положения в конечное. Работа этих сил на замкнутой траектории отлична от нуля. К неконсервативным силам относятся: сила трения, сила сопротивления и т.д.
3.3. Кинетическая энергия при поступательном и вращательном движениях.
Кинетической энергией тела называется функция механического состояния, зависящая от массы тела и скорости его движения (энергия механического движения).
Кинетическая энергия поступательного движения: . Кинетическая энергия вращательного движения: .
При сложном движении твёрдого тела его кинетическая энергия может быть представлена через энергию поступательного и вращательного движения:
.
Свойства кинетической энергии:
1. Кинетическая энергия является конечной, однозначной, непрерывной функцией механического состояния системы.
2. Кинетическая энергия не отрицательна: ЕК 0.
3. Кинетическая энергия системы тел равна сумме кинетических энергий тел, составляющих систему.
4. Приращение кинетической энергии тела или системы равно работе всех сил, действующих на систему или на тело: .
3.4. Потенциальная энергия.
Потенциальная энергия системы - это функция механического состояния системы, зависящая от взаимного расположения всех тел системы и от их положения во внешнем потенциальном поле сил. Убыль потенциальной энергии равна работе, которую совершают все консервативные силы (внутренние и внешние) при переходе системы из начального положения в конечное.
ЕП1 - ЕП2 = ЕП = А12конс, .
Из определения потенциальной энергии следует, что она может быть определена по консервативной силе, причём с точностью до произвольной постоянной, значение которой определяется выбором нулевого уровня потенциальной энергии.
.
Таким образом, потенциальная энергия системы в данном состоянии равна работе, совершаемой консервативной силой при переводе системы из данного состояния на нулевой уровень.
Свойства потенциальной энергии:
1. Потенциальная энергия является конечной, однозначной, непрерывной функцией механического состояния системы.
2. Численное значение потенциальной энергии зависит от выбора уровня с нулевой потенциальной энергией.
Как потенциальная энергия может быть найдена по известной консервативной силе, так и консервативная сила может быть найдена по потенциальной энергии:
,
причем: , , .
Примеры потенциальной энергии:
1) - потенциальная энергия тела массой m, поднятого на высоту h от нулевого уровня энергии в поле тяжести Земли;
- потенциальная энергия упругого деформированного тела, х - модуль деформации тела.
4. Законы сохранения в механике.
4.1. Закон сохранения полной механической энергии.
Полная механическая энергия системы тел равна сумме их кинетической и потенциальной энергии взаимодействия этих тел друг с другом и с внешними телами:
Е = Ек + Еп.
Приращение механической энергии системы определяется работой всех неконсервативных сил (внешних и внутренних):
.
Закон сохранения полной механической энергии: Полная механическая энергия системы тел, на которые действуют только консервативные силы, остается постоянной.
В замкнутой системе полная механическая энергия остается постоянной, если между телами, составляющими систему, действуют только консервативные силы.
4.2. Закон сохранения импульса. Центральный удар двух тел.
Закон сохранения импульса: Полный импульс замкнутой системы остается постоянным.
Для замкнутой системы будут сохраняться и проекции импульса на координатные оси:
.
Если 0, но =0, то будет сохраняться проекция импульса системы на ось Х.
Рассмотрим центральный удар двух тел. Центральным называется удар, при котором тела движутся вдоль прямой, соединяющей их центры масс. Выделяют два предельных вида такого удара: абсолютно упругий и абсолютно неупругий.
Для двух тел массами m1 и m2 , движущихся со скоростями и вдоль оси X навстречу друг другу, скорости их после абсолютно упругого центрального удара можно найти по формулам:
; .
При этом сохраняется импульс системы тел и полная механическая энергия.
Если удар абсолютно неупругий, то
.
Тела после такого удара движутся вместе. Импульс системы тел сохраняется, а полная механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии переходит в энергию неупругой деформации и во внутреннюю энергию тел.
4.3. Закон сохранения момента импульса.
Закон сохранения момента импульса: Момент импульса системы тел сохраняется, если результирующий момент внешних сил, действующих на систему, равен нулю:
.
Если результирующий момент внешних сил не равен нулю, но рана нулю проекция этого момента на некоторую ось, то проекция момента импульса системы на эту ось не изменяется.
5. Элементы специальной теории относительности.
5.1. Постулаты Эйнштейна. Преобразования Лоренца.
Принцип относительности: Никакими физическими опытами, производимыми внутри инерциальной системы отсчета, невозможно установить, покоится ли эта система относительно другой инерциальной системы отсчета или движется прямолинейно и равномерно.
Принцип постоянства скорости света: Скорость света в вакууме одинакова во всех инерциальных системах отсчета и не зависит о