Учебник по Физике.
Оглавление учебника
Потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии.
Консервативные системы. В природе существуют такие взаимодействия, что порождаемые ими силы обладают замечательным свойством: работа этих сил при перемещении тела по замкнутому пути равна нулю. Такие силы называют консервативными, а системы, в которых действуют только консервативные силы, называют консервативными системами.Примером консервативных сил может служить гравитационная сила. При движении тела в однородном гравитационном поле совершаемая работа равна
Если тело, падающее с высоты h1 до высоты h2, затем опять поднимается на высоту h1, совершаемая при этом работа равна нулю.
Другим примером консервативной силы может служить электростатическая сила притяжения или отталкивания электрических зарядов или упругая сила сжатой пружины.
Пример неконсервативных сил: сила трения.
Потенциальная энергия. Как следует из приведенных выше формул, при движении под действием консервативных сил совершаемая работа определяется разностью значений определенной величины, зависящей только от положения тела в пространстве. Назовем потенциальной энергией тела в однородном поле сил тяжести величину
(15.1)Тогда работа по перемещению тела из одной точки к другой будет равна:
Потенциальная энергия сжатой пружины:
(15.2)Во всех случаях по определению изменение потенциальной энергии, т.е. разность между конечным и начальным значением потенциальной энергии, равна взятой со знаком минус работе консервативных сил: DU = - A.
Потенциальная энергия может быть всегда изменена добавлением произвольной постоянной, так как физический смысл имеет только разность значений потенциальной энергии в двух точках. Это позволяет выбирать произвольным образом начало отсчета потенциальной энергии.
Закон сохранения механической энергии. Работа, совершаемая консервативными силами, действующими на тело, равна, с одной стороны, изменению кинетической энергии тела, а с другой - взятому со знаком минус изменению потенциальной энергии. Поэтому
или
(15.3)Таким образом, для отдельно взятого тела сумма кинетической и потенциальной энергии этого тела сохраняется в процессе движения.
Для консервативной системы справедлив закон сохранения механической энергии.
В консервативной системе полная механическая энергия сохраняется. Это означает, что при эволюции системы во времени энергия может переходить из одной формы в другую (кинетическая энергия - в потенциальную, и наоборот), но сумма этих двух величин не зависит от времени.
