مفهوم فیزیکی انرژی پتانسیل چیست؟ انرژی جنبشی و پتانسیل (2)

انرژییک کمیت فیزیکی اسکالر است که معیار واحدی از اشکال مختلف حرکت ماده و معیار انتقال حرکت ماده از شکلی به شکل دیگر است.

برای توصیف اشکال مختلف حرکت ماده، انواع انرژی مربوطه معرفی می شود، به عنوان مثال: مکانیکی، داخلی، انرژی الکترواستاتیک، برهمکنش های درون هسته ای و غیره.

انرژی تابع قانون بقای است که یکی از مهمترین قوانین طبیعت است.

انرژی مکانیکی E حرکت و تعامل اجسام را مشخص می کند و تابعی از سرعت و موقعیت نسبی اجسام است. برابر است با مجموع انرژی های جنبشی و پتانسیل.

انرژی جنبشی

اجازه دهید موردی را در نظر بگیریم که یک جسم جرمی متریک نیروی ثابت $~\vec F$ وجود دارد (می تواند حاصل چندین نیرو باشد) و بردارهای نیرو $~\vec F$ و جابجایی $~\vec s$ در امتداد یک هدایت می شوند. خط مستقیم در یک جهت در این حالت، کار انجام شده توسط نیرو را می توان به صورت تعریف کرد آ = اف∙س. مدول نیرو طبق قانون دوم نیوتن برابر است با اف = m∙aو ماژول جابجایی سبا حرکت مستطیلی شتاب یکنواخت با ماژول های اولیه همراه است υ 1 و نهایی υ 2 سرعت و شتاب آعبارت $~s = \frac(\upsilon^2_2 - \upsilon^2_1)(2a)$ .

از اینجا به کار میرسیم

$~A = F \cdot s = m \cdot a \cdot \frac(\upsilon^2_2 - \upsilon^2_1)(2a) = \frac(m \cdot \upsilon^2_2)(2) - \frac (m \cdot \upsilon^2_1)(2)$ . (1)

کمیت فیزیکی معادل نصف حاصلضرب جرم بدن و مجذور سرعت آن نامیده می شود انرژی جنبشی بدن.

انرژی جنبشی با حرف نشان داده می شود Eک.

$~E_k = \frac(m \cdot \upsilon^2)(2)$ . (2)

سپس برابری (1) را می توان به صورت زیر نوشت:

$~A = E_(k2) - E_(k1)$ . (3)

قضیه انرژی جنبشی

کار نیروهای حاصله که به بدن وارد می شود برابر با تغییر انرژی جنبشی بدن است.

از آنجایی که تغییر انرژی جنبشی برابر با کار نیرو (3) است، انرژی جنبشی جسم در واحدهای کار یعنی در ژول بیان می شود.

اگر سرعت اولیه حرکت یک جسم جرم مترصفر است و بدن سرعت خود را به مقدار افزایش می دهد υ ، سپس کار انجام شده توسط نیرو برابر است با مقدار نهایی انرژی جنبشی بدن:

$~A = E_(k2) - E_(k1)= \frac(m \cdot \upsilon^2)(2) - 0 = \frac(m \cdot \upsilon^2)(2)$ . (4)

معنای فیزیکی انرژی جنبشی

انرژی جنبشی جسمی که با سرعت v حرکت می کند نشان می دهد که نیرویی که در حالت سکون بر جسم وارد می شود چقدر کار باید انجام دهد تا این سرعت را به آن منتقل کند.

انرژی پتانسیل

انرژی پتانسیلانرژی تعامل بین اجسام است.

انرژی پتانسیل جسمی که در بالای زمین قرار دارد، انرژی برهمکنش بدن و زمین توسط نیروهای گرانشی است. انرژی پتانسیل یک جسم تغییر شکل الاستیک، انرژی برهمکنش اجزای منفرد بدن با یکدیگر توسط نیروهای کشسان است.

پتانسیلنامیده می شوند استحکام - قدرت، که کار آن فقط به موقعیت اولیه و نهایی یک نقطه یا جسم متحرک ماده بستگی دارد و به شکل مسیر بستگی ندارد.

در یک مسیر بسته، کار انجام شده توسط نیروی بالقوه همیشه صفر است. نیروهای بالقوه شامل نیروهای گرانشی، نیروهای الاستیک، نیروهای الکترواستاتیک و برخی دیگر است.

قدرت ها، که کار آن بستگی به شکل مسیر دارد، نامیده می شوند غیر بالقوه. هنگامی که یک نقطه یا جسم مادی در امتداد یک مسیر بسته حرکت می کند، کار انجام شده توسط نیروی غیر پتانسیل برابر با صفر نیست.

انرژی بالقوه برهمکنش جسم با زمین

بیایید کار انجام شده توسط گرانش را پیدا کنیم اف t هنگام حرکت یک جسم جرم متراز ارتفاع به صورت عمودی به پایین ساعت 1 بالاتر از سطح زمین تا ارتفاع ساعت 2 (شکل 1). اگر تفاوت ساعت 1 – ساعت 2 در مقایسه با فاصله تا مرکز زمین و سپس نیروی گرانش ناچیز است اف t در طول حرکت بدن را می توان ثابت و مساوی در نظر گرفت میلی گرم.

از آنجایی که جابجایی در جهت با بردار گرانش منطبق است، کار انجام شده توسط گرانش برابر است با

$~A = F \cdot s = m \cdot g \cdot (h_1 - h_2)$ . (5)

اکنون حرکت یک جسم در امتداد یک صفحه شیبدار را در نظر می گیریم. هنگام حرکت یک جسم به سمت پایین صفحه شیبدار (شکل 2)، نیروی گرانش اف t = m∙gکار می کند

$~A = m \cdot g \cdot s \cdot \cos \alpha = m \cdot g \cdot h$ , (6)

جایی که ساعت- ارتفاع صفحه شیبدار، س- ماژول جابجایی برابر با طول صفحه شیبدار.

حرکت جسم از یک نقطه که دردقیقا بادر امتداد هر مسیری (شکل 3) را می توان به صورت ذهنی متشکل از حرکات در امتداد بخش هایی از سطوح شیب دار با ارتفاع های مختلف تصور کرد. ساعت’, ساعت'' و غیره کار کنید آگرانش تمام راه از که در V بابرابر با مجموع کار در بخش های جداگانه مسیر:

$~A = m \cdot g \cdot h" + m \cdot g \cdot h"" + \ldots + m \cdot g \cdot h^n = m \cdot g \cdot (h" + h"" + \ldots + h^n) = m \cdot g \cdot (h_1 - h_2)$، (7)

جایی که ساعت 1 و ساعت 2- ارتفاعات از سطح زمین که نقاط در آن قرار دارند که درو با.

تساوی (7) نشان می دهد که کار گرانش به مسیر حرکت جسم بستگی ندارد و همیشه برابر است با حاصل ضرب مدول گرانش و اختلاف ارتفاع در موقعیت های اولیه و نهایی.

هنگام حرکت به سمت پایین، کار گرانش مثبت است، در هنگام حرکت به سمت بالا منفی است. کار انجام شده توسط گرانش در یک مسیر بسته صفر است.

برابری (7) را می توان به صورت زیر نشان داد:

$~A = - (m \cdot g \cdot h_2 - m \cdot g \cdot h_1)$ . (8)

کمیت فیزیکی برابر حاصلضرب جرم یک جسم توسط مدول شتاب گرانش و ارتفاعی که جسم از سطح زمین به آن بالا می رود گفته می شود. انرژی پتانسیلتعامل بین بدن و زمین

کاری که توسط گرانش هنگام حرکت یک جسم جرم انجام می شود متراز نقطه ای که در ارتفاع قرار دارد ساعت 2، به نقطه ای که در ارتفاع قرار دارد ساعت 1 از سطح زمین، در امتداد هر مسیری، برابر با تغییر انرژی پتانسیل تعامل بین بدن و زمین است که با علامت مخالف گرفته می شود.

$~A = - (E_(p2) - E_(p1))$ . (9)

انرژی بالقوه با حرف نشان داده می شود Eپ.

مقدار انرژی پتانسیل جسمی که در بالای زمین قرار دارد به انتخاب سطح صفر بستگی دارد، یعنی ارتفاعی که در آن انرژی پتانسیل صفر در نظر گرفته می شود. معمولاً فرض می شود که انرژی پتانسیل یک جسم در سطح زمین صفر است.

با این انتخاب از سطح صفر، انرژی پتانسیل E p جسمی که در ارتفاع قرار دارد ساعتدر بالای سطح زمین، برابر است با حاصل ضرب جرم m بدن توسط مدول شتاب گرانشی. gو فاصله ساعتآن را از سطح زمین:

$~E_p = m \cdot g \cdot h$ . (10)

معنای فیزیکی انرژی پتانسیل تعامل یک جسم با زمین

انرژی پتانسیل جسمی که گرانش بر روی آن اثر می کند برابر با کاری است که گرانش هنگام حرکت جسم به سطح صفر انجام می دهد.

برخلاف انرژی جنبشی حرکت انتقالی، که فقط می تواند مقادیر مثبت داشته باشد، انرژی پتانسیل یک جسم می تواند هم مثبت و هم منفی باشد. جرم بدن متر، در ارتفاعی قرار دارد ساعت، جایی که ساعت < ساعت 0 (ساعت 0 – ارتفاع صفر)، دارای انرژی پتانسیل منفی است:

$~E_p = -m \cdot g \cdot h$ .

انرژی بالقوه برهمکنش گرانشی

انرژی پتانسیل برهمکنش گرانشی یک سیستم از دو نقطه مادی با جرم مترو م، در فاصله ای قرار دارد rیکی از دیگری برابر است

$~E_p = G \cdot \frac(M \cdot m)(r)$ . (یازده)

جایی که جیثابت گرانشی و صفر انرژی پتانسیل است ( E p = 0) پذیرفته شد r = ∞.

انرژی بالقوه برهمکنش گرانشی جسم با جرم متربا زمین، جایی که ساعت- ارتفاع جسم بالای سطح زمین، م e – جرم زمین، آر e شعاع زمین است و صفر انرژی پتانسیل در آن انتخاب می شود ساعت = 0.

$~E_e = G \cdot \frac(M_e \cdot m \cdot h)(R_e \cdot (R_e +h))$ . (12)

تحت شرایط یکسان انتخاب مرجع صفر، انرژی پتانسیل برهمکنش گرانشی یک جسم با جرم متربا زمین برای ارتفاعات کم ساعت (ساعت « آره) برابر

$~E_p = m \cdot g \cdot h$ ,

جایی که $~g = G \cdot \frac(M_e)(R^2_e)$ مدول شتاب گرانش نزدیک سطح زمین است.

انرژی بالقوه یک جسم تغییر شکل الاستیک

اجازه دهید کار انجام شده توسط نیروی الاستیک را هنگامی که تغییر شکل (ازدیاد طول) فنر از مقدار اولیه تغییر می‌کند محاسبه کنیم. ایکس 1 تا مقدار نهایی ایکس 2 (شکل 4، ب، ج).

نیروی الاستیک با تغییر شکل فنر تغییر می کند. برای یافتن کار انجام شده توسط نیروی کشسان، می توانید مقدار متوسط مدول نیرو را بگیرید (زیرا نیروی کشسان به طور خطی به ایکس) و در ماژول جابجایی ضرب کنید:

$~A = F_(upr-cp) \cdot (x_1 - x_2)$ , (13)

جایی که $~F_(upr-cp) = k \cdot \frac(x_1 - x_2)(2)$. از اینجا

$~A = k \cdot \frac(x_1 - x_2)(2) \cdot (x_1 - x_2) = k \cdot \frac(x^2_1 - x^2_2)(2)$ یا $~A = -\left(\frac(k \cdot x^2_2)(2) - \frac(k \cdot x^2_1)(2) \راست)$ . (14)

کمیت فیزیکی معادل نصف حاصلضرب صلبیت جسم در مجذور تغییر شکل آن نامیده می شود. انرژی پتانسیلبدن با تغییر شکل الاستیک:

$~E_p = \frac(k \cdot x^2)(2)$ . (15)

از فرمول های (14) و (15) نتیجه می شود که کار نیروی کشسان برابر با تغییر انرژی پتانسیل یک جسم تغییر شکل الاستیک است که با علامت مخالف گرفته می شود:

$~A = -(E_(p2) - E_(p1))$ . (16)

اگر ایکس 2 = 0 و ایکس 1 = ایکس، سپس همانطور که از فرمول های (14) و (15) مشاهده می شود،

$~E_p = A$ .

معنای فیزیکی انرژی پتانسیل یک جسم تغییر شکل یافته

انرژی پتانسیل یک جسم تغییر شکل الاستیک برابر با کاری است که توسط نیروی الاستیک انجام می شود وقتی جسم به حالتی تغییر شکل می دهد که در آن تغییر شکل صفر است.

انرژی بالقوه اجسام متقابل را مشخص می کند و انرژی جنبشی اجسام متحرک را مشخص می کند. انرژی پتانسیل و جنبشی هر دو تنها در نتیجه چنین برهمکنشی اجسام تغییر می کنند که در آن نیروهای وارد بر اجسام غیر از صفر عمل می کنند. اجازه دهید به مسئله تغییرات انرژی در طول فعل و انفعالات اجسامی که یک سیستم بسته را تشکیل می دهند، توجه کنیم.

سیستم بسته- این سیستمی است که توسط نیروهای خارجی وارد عمل نمی شود یا عمل این نیروها جبران می شود. اگر چند اجسام فقط به وسیله نیروهای گرانشی و کشسان با یکدیگر برهم کنش داشته باشند و هیچ نیروی خارجی بر آنها وارد نشود، برای هر فعل و انفعال اجسام، کار نیروهای کشسان یا گرانشی برابر با تغییر انرژی پتانسیل اجسام است. با علامت مخالف:

$~A = -(E_(p2) - E_(p1))$ . (17)

طبق قضیه انرژی جنبشی، کار انجام شده توسط نیروهای مشابه برابر با تغییر انرژی جنبشی است:

$~A = E_(k2) - E_(k1)$ . (18)

از مقایسه برابری های (17) و (18) مشخص می شود که تغییر انرژی جنبشی اجسام در یک سیستم بسته از نظر قدر مطلق برابر با تغییر انرژی پتانسیل سیستم اجسام و در مقابل علامت است:

$~E_(k2) - E_(k1) = -(E_(p2) - E_(p1))$ یا $~E_(k1) + E_(p1) = E_(k2) + E_(p2) $ . (19)

قانون بقای انرژی در فرآیندهای مکانیکی:

مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل اجسامی که یک سیستم بسته را تشکیل می دهند و توسط نیروهای گرانشی و کشسان با یکدیگر برهم کنش دارند ثابت می ماند.

مجموع انرژی جنبشی و پتانسیل اجسام نامیده می شود انرژی مکانیکی کل.

بیایید یک آزمایش ساده ارائه دهیم. بیایید یک توپ فولادی را به بالا پرتاب کنیم. با دادن سرعت اولیه υ اینچ به آن انرژی جنبشی می دهیم و به همین دلیل شروع به بالا آمدن خواهد کرد. عمل گرانش منجر به کاهش سرعت توپ و در نتیجه انرژی جنبشی آن می شود. اما توپ بالاتر و بالاتر می رود و انرژی بالقوه بیشتری به دست می آورد ( E p = m∙g∙h). بنابراین انرژی جنبشی بدون اثری از بین نمی رود، بلکه به انرژی پتانسیل تبدیل می شود.

در لحظه رسیدن به نقطه بالای مسیر ( υ = 0) توپ کاملاً از انرژی جنبشی محروم است ( E k = 0)، اما در همان زمان انرژی پتانسیل آن حداکثر می شود. سپس توپ تغییر جهت داده و با افزایش سرعت به سمت پایین حرکت می کند. اکنون انرژی پتانسیل دوباره به انرژی جنبشی تبدیل می شود.

قانون بقای انرژی آشکار می کند معنای فیزیکیمفاهیم کار کردن:

کار نیروهای گرانشی و کشسان از یک سو برابر است با افزایش انرژی جنبشی و از سوی دیگر با کاهش انرژی پتانسیل اجسام. بنابراین، کار برابر است با انرژی تبدیل شده از نوعی به نوع دیگر.

قانون تغییر انرژی مکانیکی

اگر سیستم اجسام متقابل بسته نباشد، انرژی مکانیکی آن حفظ نمی شود. تغییر در انرژی مکانیکی چنین سیستمی برابر است با کار نیروهای خارجی:

$~A_(vn) = \دلتا E = E - E_0$ . (20)

جایی که Eو E 0 – مجموع انرژی های مکانیکی سیستم به ترتیب در حالت نهایی و اولیه.

نمونه ای از چنین سیستمی، سیستمی است که در آن، همراه با نیروهای بالقوه، نیروهای غیر بالقوه نیز عمل می کنند. نیروهای غیر بالقوه شامل نیروهای اصطکاک است. در بیشتر موارد، زمانی که زاویه بین نیروی اصطکاک اف rبدن است π رادیان، کار انجام شده توسط نیروی اصطکاک منفی و برابر است

$~A_(tr) = -F_(tr) \cdot s_(12)$ ,

جایی که س 12 – مسیر بدنه بین نقاط 1 و 2.

نیروهای اصطکاکی در حین حرکت یک سیستم باعث کاهش انرژی جنبشی آن می شود. در نتیجه، انرژی مکانیکی یک سیستم بسته غیر محافظه کار همیشه کاهش می یابد و به انرژی اشکال حرکت غیرمکانیکی تبدیل می شود.

به عنوان مثال، خودرویی که در امتداد قسمت افقی جاده حرکت می کند، پس از خاموش کردن موتور، مقداری مسافت را طی می کند و تحت تأثیر نیروهای اصطکاک متوقف می شود. انرژی جنبشی حرکت رو به جلو ماشین برابر با صفر شد و انرژی پتانسیل افزایش پیدا نکرد. وقتی ماشین در حال ترمز بود، لنت ترمز، لاستیک ماشین و آسفالت گرم می شد. در نتیجه، در نتیجه عمل نیروهای اصطکاک، انرژی جنبشی خودرو ناپدید نشد، بلکه به انرژی درونی حرکت حرارتی مولکول ها تبدیل شد.

قانون بقا و تبدیل انرژی

در هر تعامل فیزیکی، انرژی از شکلی به شکل دیگر تبدیل می شود.

گاهی اوقات زاویه بین نیروی اصطکاک اف tr و جابجایی ابتدایی Δ rبرابر با صفر و کار نیروی اصطکاک مثبت است:

$~A_(tr) = F_(tr) \cdot s_(12)$ ,

مثال 1. اجازه دهید نیروی خارجی افروی بلوک عمل می کند که در، که می تواند روی سبد خرید اسلاید شود دی(شکل 5). اگر چرخ دستی به سمت راست حرکت کند، کار توسط نیروی اصطکاک لغزشی انجام می شود اف tr2 که بر روی سبد خرید از سمت بلوک عمل می کند مثبت است:

مثال 2. هنگامی که چرخ می چرخد، نیروی اصطکاک غلتشی آن در امتداد حرکت هدایت می شود، زیرا نقطه تماس چرخ با سطح افقی در جهت مخالف جهت حرکت چرخ حرکت می کند و کار نیروی اصطکاک مثبت است. (شکل 6):

ادبیات

کابردین O.F. فیزیک: مرجع. مواد: کتاب درسی. دفترچه راهنما برای دانش آموزان – م.: آموزش و پرورش، 1370. – 367 ص.
Kikoin I.K.، Kikoin A.K. فیزیک: کتاب درسی. برای کلاس نهم میانگین مدرسه - M.: Prosveshchenie, 1992. - 191 p.
کتاب درسی فیزیک ابتدایی: Proc. کمک هزینه در 3 جلد / ویرایش. G.S. لندسبرگ: ج 1. مکانیک. حرارت. فیزیک مولکولی – م.: فیزمتلیت، 2004. – 608 ص.
Yavorsky B.M., Seleznev Yu.A. راهنمای مرجع فیزیک برای کسانی که وارد دانشگاه می شوند و خودآموزی. - M.: Nauka، 1983. - 383 p.

این پاراگراف هیچ اطلاعات جدیدی ارائه نمی دهد، اما برخی از ویژگی های مهم انرژی پتانسیل را که باید مورد توجه قرار گیرد برجسته و روشن می کند.
انرژی بالقوه - انرژی تعامل بین اجسام
درک واضح این نکته مهم است که انرژی جنبشی کمیتی است مربوط به یک جسم و انرژی پتانسیل همیشه انرژی برهمکنش حداقل دو جسم (یا قسمت های یک بدن) با یکدیگر است. مفهوم انرژی پتانسیل به سیستمی از اجسام اشاره دارد و نه به یک جسم. اگر چندین جسم در یک سیستم وجود داشته باشد، کل انرژی پتانسیل سیستم برابر است با مجموع انرژی های بالقوه همه جفت اجسام در حال تعامل (هر جسمی با هر یک از بدن های دیگر برهمکنش می کند).

برنج. 6.15
انرژی بالقوه برهمکنش اجسام را دقیقاً مشخص می کند زیرا مفهوم نیرو همیشه به دو جسم اشاره دارد: جسمی که نیرو بر آن تأثیر می گذارد و جسمی که از آن تأثیر می گذارد.
هنگام به دست آوردن عبارتی برای انرژی جنبشی، ما از این ویژگی نیرو استفاده نکردیم و بلافاصله آن را در فرمول کار با حاصلضرب جرم و شتاب مطابق قانون دوم نیوتن جایگزین کردیم. به همین دلیل است که مفهوم انرژی جنبشی به یک جسم اشاره دارد.
ما بیان انرژی پتانسیل را با استفاده از وابستگی شناخته شده نیروها به مکان اجسام برهم کنش بدون استفاده از معادلات حرکت به دست آوردیم. برابری A = -AEp انرژی پتانسیل را بدون توجه به معادلات حرکت تعیین می کند. بنابراین، انرژی پتانسیل به سادگی یکی دیگر از خصوصیات (همراه با نیرو) عمل متقابل اجسام بر یکدیگر است.
اغلب، هنگام استخراج فرمولی که تغییر انرژی پتانسیل را با کار نیروها مرتبط می کند، یکی از بدنه های سیستم ثابت در نظر گرفته می شود. بنابراین، هنگام در نظر گرفتن سقوط یک جسم به زمین تحت تأثیر گرانش، جابجایی زمین نادیده گرفته می شود. بنابراین، کار نیروهای متقابل بین زمین و جسم به کار تنها یک نیروی وارد بر جسم کاهش می یابد.
یا مثال دیگری. یک فنر فشرده یا کشیده که روی یک بدنه عمل می کند معمولاً در یک انتهای آن ثابت است و آن انتهای فنر حرکت نمی کند (در واقع به کره زمین متصل است). در این حالت، کار فقط توسط نیروی کشسان فنر تغییر شکل داده شده به بدنه انجام می شود.
به همین دلیل، انرژی پتانسیل یک سیستم از دو جسم به عنوان انرژی یک جسم در نظر گرفته می شود. این می تواند منجر به سردرگمی شود.
در واقع، در همه موارد گزاره زیر درست است: تغییر انرژی پتانسیل دو جسمی که با نیروهایی که فقط به فاصله بین اجسام برهم کنش دارند، برابر است با کار این نیروها که با علامت منفی گرفته می شود:
A = F12- Ar، + F21 ¦ Ar2 = ~ = -AEp. (6.7.1)
در اینجا F12 نیروی وارد بر جسم 1 از جسم 2 و F21 نیروی وارد بر جسم 2 از جسم 1 است (شکل 6.15).
سطح انرژی پتانسیل صفر
بر اساس معادله (6.7.1)، کار نیروهای برهمکنش نه خود انرژی پتانسیل، بلکه تغییر آن را تعیین می کند.
از آنجایی که کار فقط تغییر در انرژی پتانسیل را تعیین می کند، پس فقط تغییر انرژی در مکانیک معنای فیزیکی دارد. بنابراین، می توانید به طور دلخواه حالت سیستمی را انتخاب کنید که در آن انرژی پتانسیل آن برابر با صفر در نظر گرفته شود. این حالت مربوط به سطح صفر انرژی پتانسیل است. هیچ پدیده ای در طبیعت یا فناوری با ارزش خود انرژی پتانسیل تعیین نمی شود. آنچه مهم است تفاوت بین مقادیر انرژی پتانسیل در حالت نهایی و اولیه سیستم اجسام است.
انتخاب سطح صفر به روش‌های مختلفی انجام می‌شود و صرفاً با ملاحظات راحتی، یعنی سادگی نوشتن معادله بیان‌کننده قانون بقای انرژی، دیکته می‌شود. به طور معمول، وضعیت سیستم با حداقل انرژی به عنوان حالت با انرژی پتانسیل صفر انتخاب می شود. سپس انرژی پتانسیل همیشه مثبت است.
فنر در صورت عدم تغییر شکل دارای حداقل انرژی پتانسیل است، در حالی که یک سنگ زمانی که روی سطح قرار می گیرد دارای حداقل انرژی پتانسیل است.
2
زمین. بنابراین، در مورد اول، Ep = ^i^L (شکل 6.16)، و در مورد دوم، Ep = mgh (شکل 6.17). اما می توانید هر مقدار ثابت C را به این عبارات اضافه کنید، و این اشکالی ندارد
2
تغییر نخواهد کرد می توانیم فرض کنیم که E = ^^ + C و E = mgh + C.
g D R
اگر در حالت دوم C = -mgh0 را تنظیم کنیم، این بدان معناست که انرژی در ارتفاع hQ بالاتر از سطح زمین به عنوان سطح انرژی صفر در نظر گرفته می شود.
در باره

ساعت
متر
اوه اوه
گاهی اوقات نمی توان سطح انرژی پتانسیل صفر را طوری انتخاب کرد که حداقل انرژی صفر باشد. بنابراین، برای مثال، انرژی پتانسیل دو جسمی که از طریق نیروهای گرانش جهانی برهم کنش می‌کنند را می‌توان به صورت زیر نوشت:
m-i t.* -G-
+ C. شکل. 6.18
به عنوان r -» 0، جمله اول به -°o تمایل دارد. بنابراین، حداقل مقدار انرژی را می توان تنها در C = °o برابر با صفر در نظر گرفت. اما، مسلما، نمی توانید از معادلاتی استفاده کنید که یک کمیت نامتناهی را شامل می شود. بنابراین، در اینجا راحت تر است که C = O را قرار دهیم و در نتیجه انرژی پتانسیل را در حالتی که در آن اجسام بی نهایت از یکدیگر فاصله دارند (r = °o) به عنوان سطح صفر در نظر بگیریم. سپس سطح صفر نه با حداقل انرژی، بلکه به حداکثر مطابقت دارد. برای هر مقدار محدود g، انرژی پتانسیل منفی است (شکل 6.18).
استقلال انرژی پتانسیل از انتخاب قاب مرجع
اجازه دهید یک بار دیگر متذکر شویم که مفهوم انرژی پتانسیل برای سیستم‌هایی که در آن‌ها نیروهای برهمکنش محافظه‌کارانه هستند، یعنی فقط به فاصله بین اجسام یا اجزای آن‌ها بستگی دارند، منطقی است. بر این اساس، انرژی پتانسیل به فاصله بین اجسام یا اجزای آنها بستگی دارد: به ارتفاع سنگ بالای سطح زمین، به طول چشمه، به فاصله بین اجسام نقطه ای. انرژی بالقوه مستقیماً به مختصات اجسام بستگی ندارد. (فقط تا جایی که فاصله ها تابع مختصات هستند، می توانیم از وابستگی به مختصات صحبت کنیم.) این حاکی از نتیجه گیری بسیار مهمی است که معمولاً به آن توجه نمی شود. از آنجایی که فواصل در همه سیستم های مرجع، متحرک و ساکن، یکسان است، انرژی پتانسیل به انتخاب سیستم مرجع بستگی ندارد.
اما این چگونه امکان پذیر است؟ پس از همه، AEp = -A، و کار بستگی به انتخاب سیستم مرجع دارد. اینجاست که این واقعیت به وضوح خود را نشان می دهد که انرژی پتانسیل انرژی برهمکنش دو جسم است و تغییر آن با کار نیروهای وارد بر هر دو جسم تعیین می شود. هنگام حرکت از یک سیستم ثابت به یک سیستم متحرک، کار انجام شده توسط هر دو نیرو تغییر می کند، اما کل کار بدون تغییر باقی می ماند. در واقع اگر در برخی از چارچوب های مرجع کار به موقع انجام شود
A1 = $12 " + ^21 " A?2"
سپس در سیستم دیگری که نسبت به اولی حرکت می کند، کار برابر است با
A2 = F12 (Dgi + Ar0) + F21 (Ar2 + Ar0)،
که در آن Ar0 حرکت سیستم های مرجع نسبت به یکدیگر در طول زمان At است.
از آنجایی که طبق قانون سوم نیوتن، F12 = ~F21، پس
F12 ¦ Ar0 + F2j Ar0 = 0. بنابراین، At = A2.
تفاوت بین انرژی پتانسیل و جنبشی
انرژی جنبشی فقط به سرعت اجسام بستگی دارد و انرژی پتانسیل فقط به فواصل بین آنها بستگی دارد.
علاوه بر این، کار مثبت نیروهای داخلی همیشه منجر به افزایش انرژی جنبشی می شود، اما لزوما انرژی بالقوه را کاهش می دهد:
AEk=A اما AEp= -A.
انرژی جنبشی همیشه مثبت است، اما انرژی پتانسیل می تواند مثبت یا منفی باشد.
تغییر در انرژی جنبشی همیشه برابر با کار نیروهای وارد بر جسم است و تغییر در انرژی پتانسیل برابر است (با علامت منفی) با کار فقط نیروهای محافظه کار (اما نه نیروهای اصطکاک که به سرعت بستگی دارد). .
هر دو انرژی پتانسیل و جنبشی تابعی از وضعیت سیستم هستند، یعنی اگر مختصات و سرعت همه اجسام در سیستم مشخص باشد، دقیقاً تعیین می شوند.

انرژی جنبشی- انرژی یک سیستم مکانیکی، بسته به سرعت حرکت نقاط آن. انرژی جنبشی حرکت انتقالی و چرخشی اغلب آزاد می شود. واحد اندازه گیری SI ژول است. به طور دقیق تر، انرژی جنبشی تفاوت بین انرژی کل یک سیستم و انرژی استراحت آن است. بنابراین انرژی جنبشی بخشی از کل انرژی ناشی از حرکت است.

اجازه دهید موردی را در نظر بگیریم که یک جسم جرمی متریک نیروی ثابت (می تواند حاصل چندین نیرو باشد) و بردارهای نیرو وجود دارد و حرکات در امتداد یک خط مستقیم در یک جهت هدایت می شوند. در این حالت، کار انجام شده توسط نیرو را می توان به صورت تعریف کرد A = F∙s.مدول نیرو طبق قانون دوم نیوتن برابر است با F = m∙a،و ماژول جابجایی سبا حرکت مستقیم شتاب یکنواخت با ماژول های υ 1 اولیه و υ 2 نهایی مرتبط است سرعت و شتاب آاصطلاح

از اینجا به کار میرسیم

کمیت فیزیکی معادل نصف حاصلضرب جرم بدن و مجذور سرعت آن نامیده می شودانرژی جنبشی بدن .

انرژی جنبشی با حرف نشان داده می شود E ک .

سپس برابری (1) را می توان به صورت زیر نوشت:

آ = E ک 2 – E ک 1 . (3)

قضیه انرژی جنبشی:

کار نیروهای حاصله که به بدن وارد می شود برابر با تغییر انرژی جنبشی بدن است.

از آنجایی که تغییر انرژی جنبشی برابر با کار نیرو (3) است، انرژی جنبشی جسم در واحدهای کار یعنی بر حسب ژول بیان می شود.

اگر سرعت اولیه حرکت یک جسم جرم تیصفر است و بدن سرعت خود را به مقدار افزایش می دهد υ ، سپس کار انجام شده توسط نیرو برابر است با مقدار نهایی انرژی جنبشی بدن:

(4)

معنای فیزیکی انرژی جنبشی:

انرژی پتانسیل- حداقل کاری که باید انجام شود تا یک جسم از یک نقطه مرجع خاص به یک نقطه معین در زمینه نیروهای محافظه کار منتقل شود. تعریف دوم: انرژی پتانسیل تابعی از مختصات است که اصطلاحی در لاگرانژی سیستم است و برهمکنش عناصر سیستم را توصیف می کند. تعریف سوم: انرژی پتانسیل انرژی برهمکنش است. واحد [J]

انرژی پتانسیل برای نقطه خاصی در فضا صفر فرض می شود که انتخاب آن با راحتی محاسبات بیشتر تعیین می شود. فرآیند انتخاب یک نقطه معین، نرمال سازی انرژی پتانسیل نامیده می شود. همچنین واضح است که تعریف صحیح انرژی پتانسیل را فقط در میدان نیروها می توان ارائه داد که کار آنها فقط به موقعیت اولیه و نهایی جسم بستگی دارد، اما به مسیر حرکت آن بستگی ندارد. چنین نیروهایی محافظه کار نامیده می شوند.

پتانسیل نامیده می شونداستحکام - قدرت ، که کار آن فقط به موقعیت اولیه و نهایی یک نقطه یا جسم متحرک ماده بستگی دارد و به شکل مسیر بستگی ندارد.

قدرت ها ، که کار آن بستگی به شکل مسیر دارد، نامیده می شوندغیر بالقوه . هنگامی که یک نقطه یا جسم مادی در امتداد یک مسیر بسته حرکت می کند، کار انجام شده توسط نیروی غیر پتانسیل برابر با صفر نیست.

انرژی بالقوه برهمکنش جسم با زمین.

بیایید کار انجام شده توسط گرانش را پیدا کنیم اف t هنگام حرکت یک جسم جرم تیاز ارتفاع به صورت عمودی به پایین ساعت 1 بالاتر از سطح زمین تا ارتفاع ساعت 2 (عکس. 1).

اگر تفاوت ساعت 1 –ساعت 2 در مقایسه با فاصله تا مرکز زمین و سپس نیروی گرانش ناچیز است افتی در طول حرکت بدن را می توان ثابت و مساوی در نظر گرفت میلی گرم

از آنجایی که جابجایی در جهت با بردار گرانش منطبق است، کار انجام شده توسط گرانش برابر است با

A = F∙s = m∙g∙(ساعتل -h 2). (5)

اکنون حرکت یک جسم در امتداد یک صفحه شیبدار را در نظر می گیریم. هنگام حرکت یک جسم به سمت پایین صفحه شیبدار (شکل 2)، نیروی گرانش افتی = m∙gکار می کند

A = m∙g∙s∙cosآ = m∙g∙h, (6)

جایی که ساعت- ارتفاع صفحه شیبدار، س- ماژول جابجایی برابر با طول صفحه شیبدار.

حرکت جسم از یک نقطه که دردقیقا بادر امتداد هر مسیری (شکل 3) را می توان به صورت ذهنی متشکل از حرکات در امتداد بخش هایی از سطوح شیب دار با ارتفاع های مختلف تصور کرد. h", h"و غیره کار کنید آگرانش تمام راه از که در V بابرابر با مجموع کار در بخش های جداگانه مسیر:

(7)

جایی که ساعت 1 و ساعت 2- ارتفاعات از سطح زمین که نقاط در آن قرار دارند که درو با.

برابری (7) را می توان به صورت زیر نشان داد:

آ = – (m∙g∙h 2 – m∙g∙hل). (8)

کمیت فیزیکی برابر حاصلضرب جرم یک جسم توسط مدول شتاب گرانش و ارتفاعی که جسم از سطح زمین به آن بالا می رود گفته می شود.انرژی پتانسیل تعامل بین بدن و زمین

کاری که توسط گرانش هنگام حرکت یک جسم جرم انجام می شود تیاز نقطه ای که در ارتفاع قرار دارد ساعت 2 , به نقطه ای که در ارتفاع قرار دارد ساعت 1 از سطح زمین، در امتداد هر مسیری، برابر با تغییر انرژی پتانسیل تعامل بین بدن و زمین است که با علامت مخالف گرفته می شود.

آ= – (Eآر 2 – Eآر 1). (9)

انرژی بالقوه با حرف نشان داده می شود Eآر.

با این انتخاب از سطح صفر، انرژی پتانسیل Eآربدن در ارتفاع ساعتبالای سطح زمین برابر با حاصل ضرب جرم است متراجسام به ماژول شتاب سقوط آزاد gو فاصله ساعتآن را از سطح زمین:

Eپ = m∙g∙h. (10)

معنای فیزیکی انرژی پتانسیل تعامل جسم با زمین:

برخلاف انرژی جنبشی حرکت انتقالی، که فقط می تواند مقادیر مثبت داشته باشد، انرژی پتانسیل یک جسم می تواند هم مثبت و هم منفی باشد. جرم بدن متر، در ارتفاعی قرار دارد ساعتجایی که ساعت 0 ( ساعت 0 – ارتفاع صفر)، دارای انرژی پتانسیل منفی است:

Eپ = –m∙gh

انرژی بالقوه برهمکنش گرانشی

انرژی پتانسیل برهمکنش گرانشی یک سیستم از دو نقطه مادی با جرم تیو م, واقع در فاصله rیکی از دیگری برابر است

(11)

جایی که جیثابت گرانشی و صفر انرژی پتانسیل است ( Eپ= 0) پذیرفته شده در r = ∞.انرژی بالقوه برهمکنش گرانشی جسم با جرم تیبا زمین، جایی که ساعت- ارتفاع جسم بالای سطح زمین، م 3 - جرم زمین، آر 3 شعاع زمین است و صفر قرائت انرژی پتانسیل در انتخاب شده است ساعت= 0.

(12)

تحت شرایط یکسان انتخاب مرجع صفر، انرژی پتانسیل برهمکنش گرانشی یک جسم با جرم تیبا زمین برای ارتفاعات کم ساعت(ساعت« آر 3) مساوی با

Eپ = m∙g∙h,

بزرگی شتاب ناشی از گرانش نزدیک سطح زمین کجاست.

انرژی بالقوه یک جسم تغییر شکل الاستیک

اجازه دهید کار انجام شده توسط نیروی الاستیک را هنگامی که تغییر شکل (ازدیاد طول) فنر از مقدار اولیه تغییر می‌کند محاسبه کنیم. ایکس 1 به ارزش نهایی ایکس 2 (شکل 4، ب، ج).

نیروی الاستیک با تغییر شکل فنر تغییر می کند. برای یافتن کار نیروی الاستیک، می توانید مقدار متوسط مدول نیرو را بگیرید (زیرا نیروی کشسان به طور خطی به ایکس) و در ماژول جابجایی ضرب کنید:

(13)

جایی که از اینجا

(14)

کمیت فیزیکی معادل نصف حاصلضرب صلبیت جسم در مجذور تغییر شکل آن نامیده می شود.انرژی پتانسیل بدن با تغییر شکل الاستیک:

آ = –(Eآر 2 – Eآر 1). (16)

اگر ایکس 2 = 0 و ایکس 1 = x، سپس همانطور که از فرمول های (14) و (15) مشاهده می شود،

Eآر = آ.

سپس معنای فیزیکی انرژی پتانسیل یک جسم تغییر شکل یافته

انرژی پتانسیل یک کمیت فیزیکی اسکالر است که توانایی یک جسم خاص (یا نقطه مادی) را برای انجام کار به دلیل حضور آن در میدان عمل نیروها مشخص می کند.

نرخ فوروارد و محاسبه آن.

بازار معاملات آتی ارز. معاملات فوروارد.

در بازار آتی، ارزها برای تحویل در آینده با نرخ ثابت معامله می شوند. بازار آتی با تعدادی ویژگی مشخص می شود.

در بازار آتی هیچ استاندارد واحدی با تاریخ تسویه وجود ندارد. هر روز پس از تاریخ نقطه می تواند تاریخ تسویه معامله آتی باشد.
مدت زمان معاملات در بازار آتی از 3 روز تا 3 سال متغیر است.
بازار فوروارد دارای ساختار غیرمتمرکز است. شرکت کنندگان آن در سراسر جهان یا مستقیماً با یکدیگر یا از طریق کارگزاران وارد معاملات می شوند.
بازار آتی با یک مکانیسم پیچیده تعیین نرخ ارز مشخص می شود. قیمت گذاری فوروارد به طور همزمان به سه عامل بستگی دارد - نرخ ارز لحظه ای، تاریخ تسویه و تفاوت در نرخ های بهره.
بازار فوروارد در مقایسه با بازار نقدی نوسانات کمتری دارد، به همین دلیل به آن بازار کند می گویند.

دو نوع اصلی تاریخ ارزش در بازار آتی وجود دارد: استاندارد و غیر استاندارد. تاریخ های ارزش آتی استاندارد عبارتند از:

دوره های تسویه حساب مصادف با یک هفته، یک ماه، یک سال یا ترکیبی از این دوره های زمانی؛
تاریخ تسویه "فردا/ بعدی"، T/N، که به معنای تاریخ تحویل ارز در روز کاری بعدی یا یک روز کاری قبل از تاریخ لحظه ای است.
تاریخ تسویه نقطه/بعدی (نقطه/بعدی، S/N)، که تاریخ تسویه را یک روز کاری پس از تاریخ لحظه ای یا سه روز کاری پس از انجام معامله فرض می کند.
تاریخ نقدی (cashdate)، زمانی که تاریخ تحویل ارز با تاریخ معامله مطابقت دارد.

تاریخ آتی غیراستاندارد هر تاریخ تسویه مشخص شده در قرارداد است که با تاریخ ارزش استاندارد منطبق نباشد.
ویژگی های تعیین تاریخ ارزش در معاملات آتی. تاریخ های ارزش آتی بر اساس تاریخ های لحظه ای هستند، بنابراین باید از تاریخ لحظه ای به جای تاریخ معامله تعیین شوند.

واحد انرژی SI ژول است. انرژی بالقوه برای پیکربندی خاصی از اجسام در فضا صفر فرض می شود که انتخاب آن با راحتی محاسبات بیشتر تعیین می شود. فرآیند انتخاب این پیکربندی نرمال سازی انرژی پتانسیل نامیده می شود.

تعریف درستی از انرژی پتانسیل را فقط می توان در میدانی از نیروها ارائه داد که کار آن فقط به موقعیت اولیه و نهایی جسم بستگی دارد، اما به مسیر حرکت آن بستگی ندارد. چنین نیروهایی محافظه کار نامیده می شوند.

همچنین انرژی پتانسیل مشخصه برهم کنش چند جسم یا جسم و میدان است.

هر سیستم فیزیکی به حالتی با کمترین انرژی پتانسیل تمایل دارد.

انرژی پتانسیل تغییر شکل الاستیک برهمکنش بین بخش‌های بدن را مشخص می‌کند.

انرژی پتانسیل موجود در میدان گرانشی زمین نزدیک به سطح تقریباً با فرمول بیان می شود:

که در آن m جرم جسم، g شتاب گرانش، h ارتفاع مرکز جرم جسم بالاتر از سطح صفر انتخابی دلخواه است.

1. اگر بتوان انرژی جنبشی را برای یک جسم مشخص کرد، انرژی پتانسیل همیشه حداقل دو جسم یا موقعیت یک جسم را در یک میدان خارجی مشخص می کند.

2. انرژی جنبشی با سرعت مشخص می شود. پتانسیل - با موقعیت نسبی اجسام.

3. معنای فیزیکی اصلی، ارزش خود انرژی پتانسیل نیست، بلکه تغییر آن است.

قانون اول نیوتن وجود چنین پدیده ای را به عنوان اینرسی اجسام فرض می کند. بنابراین به آن قانون اینرسی نیز می گویند. اینرسی پدیده ای است که در آن جسمی سرعت حرکت خود را (هم در قدر و هم در جهت) حفظ می کند، زمانی که هیچ نیرویی بر جسم وارد نمی شود. برای تغییر سرعت حرکت باید نیروی خاصی به بدن وارد شود. طبیعتاً نتیجه اعمال نیروهای با قدر مساوی بر اجسام مختلف متفاوت خواهد بود. بنابراین گفته می شود که اجسام دارای اینرسی هستند. اینرسی ویژگی اجسام برای مقاومت در برابر تغییرات در وضعیت فعلی است. مقدار اینرسی با وزن بدن مشخص می شود. چنین سیستم های مرجعی به نام اینرسی وجود دارد که نسبت به آنها یک نقطه مادی در غیاب تأثیرات خارجی، مقدار و جهت سرعت خود را به طور نامحدود حفظ می کند.

قانون دوم نیوتن یک قانون دیفرانسیل حرکت است که رابطه بین نیروی وارد شده به یک نقطه مادی و شتاب حاصل از آن نقطه را توصیف می کند. در واقع قانون دوم نیوتن جرم را به عنوان معیاری برای تجلی اینرسی یک نقطه مادی در چارچوب مرجع اینرسی انتخابی (IFR) معرفی می کند. در یک قاب مرجع اینرسی، شتابی که یک نقطه مادی دریافت می کند، با برآیند تمام نیروهای اعمال شده به آن نسبت مستقیم و با جرم آن نسبت معکوس دارد.

قانون سوم این قانون توضیح می دهد که چه اتفاقی برای دو بدن متقابل می افتد. اجازه دهید برای مثال یک سیستم بسته متشکل از دو جسم را در نظر بگیریم. جسم اول می تواند با مقداری نیرو بر روی دومی تأثیر بگذارد و بدن دوم می تواند با نیرو بر روی اولی تأثیر بگذارد. نیروها چگونه با هم مقایسه می شوند؟ قانون سوم نیوتن می گوید: نیروی کنش از نظر بزرگی برابر و در جهت مخالف نیروی واکنش است. بگذارید تاکید کنیم که این نیروها به بدنه های مختلف اعمال می شود و بنابراین اصلاً جبران نمی شود. یک عمل همیشه عکس العملی برابر و متضاد دارد وگرنه فعل و انفعالات دو جسم بر روی یکدیگر مساوی و در جهت مخالف هستند.

4 ) اصل نسبیت- یک اصل فیزیکی بنیادی که بر اساس آن تمام فرآیندهای فیزیکی در سیستم های مرجع اینرسی، صرف نظر از اینکه سیستم ساکن است یا در حالت حرکت یکنواخت و مستقیم، به یک شکل پیش می رود.

نتیجه می شود که همه قوانین طبیعت در همه چارچوب های مرجع اینرسی یکسان هستند.

بین اصل نسبیت انیشتین (که در بالا آورده شد) و اصل نسبیت گالیله که یک چیز را بیان می کند، تفاوت وجود دارد، اما نه برای همه قوانین طبیعت، بلکه فقط برای قوانین مکانیک کلاسیک، که دلالت بر کاربردی بودن تبدیل های گالیله دارد. ، بحث قابل استفاده بودن اصل نسبیت در اپتیک و الکترودینامیک را باز می گذارد.

در ادبیات مدرن، اصل نسبیت در کاربرد آن در چارچوب های مرجع اینرسی (اغلب در غیاب گرانش یا زمانی که نادیده گرفته می شود) معمولاً از نظر اصطلاحی به عنوان کوواریانس لورنتس (یا تغییر ناپذیری لورنتس) ظاهر می شود.

5)نیروها در طبیعت

با وجود تنوع نیروها، تنها چهار نوع برهمکنش وجود دارد: گرانشی، الکترومغناطیسی، قوی و ضعیف.

نیروهای گرانشی به طور قابل توجهی در مقیاس کیهانی آشکار می شوند. یکی از مظاهر نیروهای گرانشی سقوط آزاد اجسام است. زمین به همه اجرام شتاب یکسانی می دهد که به آن شتاب گرانش g می گویند. بسته به عرض جغرافیایی کمی متفاوت است. در عرض جغرافیایی مسکو 9.8 متر بر ثانیه است.

نیروهای الکترومغناطیسی بین ذرات دارای بار الکتریکی عمل می کنند. فعل و انفعالات قوی و ضعیف در درون هسته اتم و در دگرگونی های هسته ای خود را نشان می دهند.

برهم کنش گرانشی بین تمام اجسام دارای جرم وجود دارد. قانون گرانش جهانی که توسط نیوتن کشف شد می گوید:

نیروی کشش متقابل بین دو جسم که می توان آنها را به عنوان نقاط مادی در نظر گرفت، با حاصلضرب جرم آنها نسبت مستقیم دارد و با مجذور فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد:

ضریب تناسب y را ثابت گرانشی می نامند. برابر با 6.67 10-11 نیوتن m2/kg2 است.

اگر فقط نیروی گرانشی از زمین بر روی جسم وارد شود، آنگاه برابر میلی گرم است. این نیروی گرانش G (بدون در نظر گرفتن چرخش زمین) است. نیروی گرانش بر تمام اجسام روی زمین، صرف نظر از حرکت آنها، اثر می گذارد.

هنگامی که جسمی با شتاب گرانش (یا حتی با شتاب کمتری به سمت پایین) حرکت می کند، پدیده بی وزنی کامل یا جزئی مشاهده می شود.

بی وزنی کامل - بدون فشار روی پایه یا گیمبال. وزن نیروی فشار جسم بر روی تکیه گاه افقی یا نیروی کششی نخ از جسم معلق از آن است که در ارتباط با جاذبه گرانشی این جسم به زمین ایجاد می شود.

نیروهای جاذبه بین اجسام تخریب ناپذیر هستند، در حالی که وزن بدن می تواند ناپدید شود. بنابراین، در ماهواره ای که با سرعت فرار به دور زمین حرکت می کند، وزنی وجود ندارد، درست مانند سقوط آسانسور با شتاب g.

نمونه هایی از نیروهای الکترومغناطیسی نیروهای اصطکاک و کشش هستند. نیروهای اصطکاک لغزشی و نیروهای اصطکاک غلتشی وجود دارد. نیروی اصطکاک لغزشی بسیار بیشتر از نیروی اصطکاک غلتشی است.

نیروی اصطکاک در یک بازه زمانی معین به نیروی اعمالی بستگی دارد که تمایل دارد یک جسم را نسبت به جسم دیگر حرکت دهد. با اعمال نیرویی با قدرهای متفاوت، خواهیم دید که نیروهای کوچک نمی توانند جسم را حرکت دهند. در این حالت نیروی جبران کننده اصطکاک استاتیکی ایجاد می شود.

در غیاب نیروهایی که بدن را جابجا می کنند، نیروی اصطکاک ساکن صفر است. نیروی اصطکاک ساکن بیشترین اهمیت خود را در لحظه ای به دست می آورد که یک جسم نسبت به جسم دیگر شروع به حرکت می کند. در این حالت، نیروی اصطکاک استاتیک برابر با نیروی اصطکاک لغزشی می شود:

که در آن n ضریب اصطکاک است، N نیروی فشار معمولی (عمود) است. ضریب اصطکاک به مواد سطوح مالشی و زبری آنها بستگی دارد.

6) قانون بقای حرکت (قانون بقای حرکت) بیان می کند که مجموع برداری تکانه های تمام اجسام (یا ذرات) یک سیستم بسته یک کمیت ثابت است.

در مکانیک کلاسیک، قانون بقای تکانه معمولاً در نتیجه قوانین نیوتن به دست می‌آید. از قوانین نیوتن می توان نشان داد که هنگام حرکت در فضای خالی، تکانه در زمان حفظ می شود و در صورت وجود برهمکنش، سرعت تغییر آن با مجموع نیروهای اعمال شده تعیین می شود.

مانند هر یک از قوانین اساسی بقا، قانون بقای تکانه یکی از تقارن های اساسی - همگنی فضا را توصیف می کند.

مرکز جرم در مکانیک- این یک نقطه هندسی است که حرکت یک جسم یا سیستمی از ذرات را به طور کلی مشخص می کند. مفهوم مرکز جرم به طور گسترده در فیزیک استفاده می شود.

حرکت یک جسم صلب را می توان برهم نهی حرکت مرکز جرم و حرکت چرخشی جسم به دور مرکز جرمش در نظر گرفت. در این حالت، مرکز جرم به همان صورت حرکت می کند که جسمی با همان جرم، اما ابعاد بی نهایت کوچک (نقطه مادی) حرکت می کند. مورد دوم به ویژه به این معنی است که تمام قوانین نیوتن برای توصیف این حرکت قابل اجرا هستند. در بسیاری از موارد، شما می توانید به طور کامل اندازه و شکل یک بدن را نادیده بگیرید و فقط حرکت مرکز جرم آن را در نظر بگیرید. چنین سیستم مرجعی سیستم مرکز جرم (سیستم C) یا سیستم مرکز اینرسی نامیده می شود. در آن، تکانه کل یک سیستم بسته همیشه برابر با صفر باقی می‌ماند که این امکان را می‌دهد تا معادلات حرکت آن را ساده‌سازی کنیم.

انرژی- یک کمیت فیزیکی اسکالر، که معیار واحدی از اشکال مختلف حرکت ماده و معیار انتقال حرکت ماده از یک شکل به شکل دیگر است. کارهای مکانیکیکمیت فیزیکی است که بسته به بزرگی و جهت عددی نیرو (نیروها) و به حرکت نقطه (نقاط) جسم، اندازه گیری کمی مقیاسی از عمل یک نیرو یا نیروها بر یک جسم یا سیستم است. یا سیستم انرژیاندازه گیری توانایی یک سیستم فیزیکی برای انجام است کار،بنابراین از نظر کمی انرژی و کار در واحدهای یکسان بیان می شود.

کار مکانیکی و انرژی مکانیکی شناسایی می شود.

قدرت- کمیت فیزیکی برابر با نسبت کار انجام شده در یک دوره زمانی معین به این دوره زمانی.

انرژی جنبشی- انرژی یک سیستم مکانیکی، بسته به سرعت حرکت نقاط آن. انرژی جنبشی حرکت انتقالی و چرخشی اغلب آزاد می شود. واحد اندازه گیری SI ژول است. بنابراین انرژی جنبشی بخشی از کل انرژی ناشی از حرکت است.

انرژی پتانسیل- یک کمیت فیزیکی اسکالر که توانایی یک جسم خاص (یا نقطه مادی) را برای انجام کار به دلیل قرار گرفتن آن در میدان عمل نیروها مشخص می کند. تعریف درستی از انرژی پتانسیل را فقط می توان در میدانی از نیروها ارائه داد که کار آن فقط به موقعیت اولیه و نهایی جسم بستگی دارد، اما به مسیر حرکت آن بستگی ندارد. چنین نیروهایی محافظه کار نامیده می شوند. انرژی پتانسیل موجود در میدان گرانشی زمین در نزدیکی سطح تقریباً با فرمول بیان می شود:

که در آن Ep انرژی پتانسیل جسم است، m جرم جسم، g شتاب گرانش، h ارتفاع مرکز جرم بدن بالاتر از یک سطح صفر انتخابی دلخواه است.

در مورد معنای فیزیکی مفهوم انرژی پتانسیل

اگر بتوان انرژی جنبشی را برای یک جسم مشخص کرد، انرژی پتانسیل همیشه حداقل دو جسم یا موقعیت یک جسم را در یک میدان خارجی مشخص می کند.

انرژی جنبشی با سرعت مشخص می شود. پتانسیل - با موقعیت نسبی اجسام.

معنای فیزیکی اصلی ارزش خود انرژی بالقوه نیست، بلکه تغییر آن است.

8) در فیزیک، انرژی مکانیکی مجموع انرژی پتانسیل و جنبشی موجود در اجزای یک سیستم مکانیکی را توصیف می کند. انرژی مکانیکی انرژی مرتبط با حرکت یک جسم یا موقعیت آن است. قانون بقای انرژی مکانیکیبیان می کند که اگر جسم یا سیستمی فقط تحت تأثیر نیروهای محافظه کار قرار گیرد، انرژی مکانیکی کل آن جسم یا سیستم ثابت می ماند. در یک سیستم ایزوله، که در آن فقط نیروهای محافظه کار عمل می کنند، کل انرژی مکانیکی حفظ می شود.

اطلاعات مربوطه.