Полная механическая энергия тел и систем
Величина, которая приравнивается к половине от произведения массы данного тела на скорость этого тела в квадрате, называется в физике кинетической энергией тела или энергией действия. Изменение или непостоянство кинетической или движущей энергии тела за некоторое время будет равно работе, которая была совершена за данное время определенной силой, действующей на данное тело. Если работа какой-либо силы по замкнутой траектории любого типа будет равна нулю, то силу такого рода называют потенциальной силой. Работа таких потенциальных сил не будет зависеть от того, по какой траектории движется тело. Такая работа определяется начальным положением тела и его конечным положением. Точка начала отсчета или нуль для потенциальной энергии может быть выбрана абсолютно произвольно. Величина, которая будет равна работе, совершенной потенциальной силой для перемещения тела из данного положения в нулевую точку, называется в физике потенциальной энергией тела или энергией состояния.
Для различных видов сил в физике существуют различные формулы вычисления потенциальной или стационарной энергии тела.
Работа, совершенная потенциальными силами, будет равна изменению данной потенциальной энергии, которое должно быть взято по противоположному знаку.
Если сложить кинетическую и потенциальную энергию тела, то получится величина, которая называется полная механическая энергия тела. В положении, когда система нескольких тел является консервативной, для нее справедлив закон сохранения или постоянства механической энергии. Консервативная система тел – это такая система тел, которая подвержена действию только лишь тех потенциальных сил, что не зависят от времени.
Закон сохранения или постоянства механической энергии звучит так: «Во время любых процессов, которые происходят в некоторой системе тел, ее полная механическая энергия всегда остается неизменной». Таким образом, полная или вся механическая энергия любого тела или любой системы тел остается постоянной, если эта система тел является консервативной.
Механическая энергия любой системы, которая состоит из n точек, непрерывно взаимодействующих между собой, равна сумме потенциальной стационарной и кинетической движущей энергии системы точек. Если система этих точек находится во внешнем поле, в котором действуют консервативные или постоянные силы, то тогда полная механическая энергия данной системы приравнивается к сумме потенциальной стационарной и кинетической движущей энергии с прибавлением к ней потенциальной энергии данной системы во внешнем поле. Если в системе присутствуют и неконсервативные силы, тогда полная механическая энергия системы не может сохраниться, а начинает убывать и ее убыль равна работе неконсервативных сил в этой системе.
Если на частицу в системе будут действовать только неконсервативные силы, то сумма потенциальной и кинетической энергии будет сохраняться. Но при этом возможны взаимопревращения энергий в системе. Потенциальная энергия может превратиться в кинетическую, а кинетическая — в потенциальную энергию.
Закон сохранения или постоянства полной или всей механической энергии всегда инвариантен, то есть не меняется его форма записи, даже при изменении начальной точки отсчета времени. Это является следствием из закона однородности времени.
Когда на систему начинают действовать диссипативные силы, например, такие как сила трения, то наступает постепенное уменьшение или убывание механической энергии этой замкнутой системы. Такой процесс называется диссипация энергии. Диссипативная система – это система, энергия в которой может уменьшаться с течением времени. Во время диссипации происходит полное превращение механической энергии системы в другую. Это полностью соответствует всеобщему закону энергии. Таким образом, в природе нет полностью консервативных систем. Обязательно в любой системе тел или материальных точек будет иметь место та или иная диссипативная сила.