Процесс эволюции цивилизации сопровождался стремлением человека к изобретению устройства, у которого механизм оказывал помощь в облегчении тяжелого ручного труда. Стали появляться устройства, например, пружины или рычаги. Вне зависимости от прямого применения устройство или косвенного, человек работал, применяя энергию. Развитие технического прогресса сопровождалось ее преобразованием.
Так, к примеру, тепло горящего топлива в топке паровоза переходит в состояние тепла пара в котле, далее преобразуется в работу поршня, уходя постепенно на колесо.
Фото: Lexica
Понятие энергия характеризуется системами и объектами, отражающими потенциальную работоспособность или изменение состояния. Энергия, присущая предмету, влияет на величину работы, которую он способен совершить. Концепция понятия термина нужна, для формирования понимания физических явлений, применения знаний на практике.
Определение №1 Энергия — это величина, в которой присутствует числовое значение взаимодействия материи и форм движения, а также способность совершить определенную работу.
Движение материи влияет на виды энергии. Она может быть:
Рассмотрим это понятие в разрезе связи с понятием работы, перемещения и положения предмета, а также его способности создавать работу.
Определение №2 Механическая энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергии, которую обладает тело или система тел в силу своего движения и положения в пространстве.
Механическая энергия является консервативной в замкнутой системе, то есть ее сумма остается постоянной, если на систему не действуют внешние силы. Это свойство является основой закона сохранения энергии, одного из фундаментальных законов физики. В реальных условиях, когда присутствуют трение и сопротивление среды, механическая энергия может превращаться в другие виды энергии, такие как тепловая, но ее общая величина во всей системе остается неизменной.
Понимание механической энергии и ее преобразований является ключевым для многих областей науки и техники, включая инженерное дело, аэродинамику, астрофизику и биомеханику. Она позволяет анализировать движения и взаимодействия тел, прогнозировать поведение механических систем и разрабатывать технологии, использующие механическую энергию для выполнения полезной работы.
Определение №3 Кинетическая энергия — это энергия, которую обладает тело благодаря своему движению. Она зависит от массы тела и его скорости.
Кинетическая энергия возрастает с увеличением скорости или массы тела. Например, если скорость тела удваивается, его кинетическая энергия увеличивается в четыре раза. Эта энергия является скалярной величиной и всегда положительна.
Кинетическая энергия играет важную роль в физике и инженерии, так как она позволяет анализировать движения объектов и их взаимодействия. В механике кинетическая энергия часто используется в задачах о соударениях, движении транспортных средств, полетах космических аппаратов и других процессах, связанных с движением.
Кинетическая энергия обозначается символом Ек. Определяется по формуле:
Фото: Work5
Из приведенной формулы становится ясно: от величины массы и скорости, зависит величина кинетического ресурса. Если рассматривать термин как работу, то при желании придать ускорение объекту необходимо приложение силы.
Формула кинетической энергии применима к тем скоростям, которые намного меньше скорости света в вакууме. Если скорость близка к световой, то здесь применяют теорию относительности Эйнштейна.
Определение №4 Потенциальная энергия — это энергия, которую обладает тело или система тел в силу своего положения или конфигурации в пространстве.
Она определяется работой, которую нужно совершить, чтобы переместить тело в определенное положение из некоторого начального состояния. Потенциальная энергия бывает различных видов, наиболее распространенные из которых — гравитационная и упругая.
Потенциальная энергия играет ключевую роль в механике, так как она является частью механической энергии системы, которая сохраняется в замкнутых системах без потерь на трение или сопротивление. Потенциальная энергия преобразуется в кинетическую и обратно, что позволяет объяснять и предсказывать движение тел в различных физических ситуациях.
Так формулируется научное определение потенциальной энергии: это постоянная величина, в составе полной механической. Она всегда состоит в поле консервативных сил и напрямую зависит от положения объектов. Показатель можно рассчитать по следующей формуле:
Фото: Work5
В международной системе СИ потенциальная энергия измеряется в Джоулях.
Из всех формул потенциальной энергии, которые применяются в расчетах, нам понадобится формула величины упругой деформации.
О подобном явлении говорят в тех случаях, когда применение определенных сил не зависит от формы траектории объекта. Тогда эти силы называются консервативными. Самые конкретные примеры сила тяжести и сила упругости.
Величина полной механической энергии целиком состоит из кинетической и потенциальной, сложенных вместе.
Активность и взаимодействие тел, на которые действуют оба вида энергии зависит от скорости расположения относительно друг друга. Полную величину можно найти по формуле:
Фото: Work5
Закон сохранения энергии гласит, что в замкнутой системе полная энергия остается постоянной со временем. Это фундаментальный принцип физики, который утверждает, что энергия не может быть создана или уничтожена, а лишь преобразуется из одной формы в другую.
В механике закон сохранения энергии проявляется через сохранение механической энергии, которая является суммой кинетической и потенциальной энергии. Если на систему не действуют внешние силы, или если все внешние силы являются консервативными, то механическая энергия системы остается неизменной.
Формула закона сохранения энергии выглядит так:
Фото: Work5
У мяча, летящего сверху вниз, потенциальная энергия будет стремиться к нулю, кинетическая наоборот будет расти. Сумма их обоих показателей будет оставаться постоянной.
Закон сохранения потенциальной энергии обширно применяется в физике, в изучении и применении различных физических процессов. При его помощи можно рассчитывать любые свойства перемещения объектов, учитывая изменения их энергетического потенциала.
.png)
Фото: Шедеврум
Механическая энергия способна превращаться во внутреннюю энергию. Чтобы произошел описываемый процесс, нужно совершить над предметом физическую работу. Заметить процесс можно в сгибании проволоки, когда место излома начнет со временем нагреваться. Пластилин сминаемый в руках, спустя определенное время становится теплым.
