Մեխանիկական աշխատանք և էներգիա
Այն ֆիզիկական մեծությունը, որը բնութագրում է մարմնի աշխատանք կատարելու ունակությունը, կոչվում էներգիա (E):
Իսկ թե որ մարմիններն են ընդունակ աշխատանք կատարելու, որոնք՝ ոչ, կարող ենք պարզել փորձի միջոցով:
Օրինակ
1-ին փորձում գունդը դնում ենք սեղանին, այն կպահպանի իր դադարի վիճակը, քանի որ նրա վրա ազդող ուժերը համակշռված են: Ուրեմն, այս դեպքում գունդն աշխատանք չի կատարում:
2-րդ փորձում գնդին հաղորդում ենք դեպի չորսուն ուղղված \(v\) արագություն (տե՛ս նկար): Հարվածելով չորսուին՝ գունդը տեղափոխում է այն և կատարում որոշակի աշխատանք:
3-րդ փորձում գունդը սեղանից բարձրացնում ենք վեր, և բաց թողնում: Գունդն իջնում է ներքև և 2-րդ գնդի նման տեղափոխում չորսուն:
2-րդ փորձում գնդին հաղորդում ենք դեպի չորսուն ուղղված \(v\) արագություն (տե՛ս նկար): Հարվածելով չորսուին՝ գունդը տեղափոխում է այն և կատարում որոշակի աշխատանք:
3-րդ փորձում գունդը սեղանից բարձրացնում ենք վեր, և բաց թողնում: Գունդն իջնում է ներքև և 2-րդ գնդի նման տեղափոխում չորսուն:
Ուշադրություն
Աշխատանք կատարում են \(2\)-րդ և \(3\)-րդ գնդերը: Ուրեմն, նրանք օժտված են էներգիայով, իսկ առաջինը՝ ոչ:
Կինետիկ էներգիա
\(2\)-րդ գունդը \(1\)-ից տարբերվում է շարժման վիճակով: 1-ինը գտնվում է դադարի վիճակում, իսկ \(2\) -րդը՝ շաժվում է: Ուստի բնական է ենթադրել, որ նրա էներգիան պայմանավորված է շարժումով և կախված է նրա արագությունից:
Մարմնի շարժումով պայմանավորված էներգիան կոչվում է կինետիկ էներգիա:
\(2\)-րդ փորձում չորսուին տեղափոխում է գնդիկի կողմից ազդող ուժը: Եթե ճանապարհ անցնելուց հետո գնդիկը և չորսուն կանգ են առնում, ապա այդ ընթացքում գնդիկի կատարած աշխատանքը՝ , որտեղ \(F\)-ը գնդիկի կողմից չորսուի վրա ազդող ուժն է:
Համաձայն Նյուտոնի \(III\) օրենքի, ինչ ուժով գնդիկն է ազդում չորսուի վրա, մոդուլով նրան հավասար, ուղղությամբ հակադիր ուժով էլ չորսուն է ազդում գնդիկի վրա: Այդ ուժի ազդեցության տակ գնդիկը կատարում է դանդաղող շարժում: Նյուտոնի \(II\) օրենքից` \(F\)\(=\)\(ma\), որտեղ \(m\)-ը գնդի զանգվածն է, \(a\)-ն՝ նրա արագացումը: Դանդաղող շարժման դեպքում արգելակման ճանապարհը՝
Տեղադրելով \(F- \)ի և -ի արտահայտությունները բանաձևի մեջ, կստանանք՝
Դա այն աշխատանքն է, որը կարող է կատարել \(v\) արագությամբ շարժվող \(m\) զանգվածով մարմինը մինչև կանգ առնելը, և այն հաշվում են հետևյալ բանաձևով.
Այսպիսով, մարմնի կինետիկ էներգիան հավասար է նրա զանգվածի և արագության քառակուսու արտադրյալի կեսին։
Պոտենցիալ էներգիա
Ուշադրություն
\(3\)-րդ գունդը \(1\)-ից տարբերվում է դիրքով: \(1\)-ինը գտնվում է սեղանին, իսկ \(3\)-րդը՝ սեղանից \(h\) բարձրության վրա: \(3\)-րդ գունդն իջնում է դեպի սեղանը՝ շնորհիվ Երկրի ձգողության: Հետևաբար, կարելի է եզրակացնել, որ նրա էներգիան պայմանավորված է Երկրի հետ փոխազդեցությամբ և կախված է գնդի բարձրությունից (դիրքից):
Մարմինների փոխազդեցությամբ պայմանավորված էներգիան կոչվում է պոտենցիալ էներգիա:
\( = \)\(mgh\)
Այսպիսով, Երկրի հետ փոխազդեցության մեջ գտնվող մարմնի պոտենցիալ էներգիան հավասար է այդ մարմնի զանգվածի, ազատ անկման արագացման և մարմնի ունեցած բարձրության արտադրյալին։
Պոտենցիալ էներգիան հարաբերական մեծություն է և կախված է զրոյական մակարդակի ընտրությունից: Զրոյական մակարդակի ընտրությունը կամայական է: Բերված օրինակում այն հաշվեցինք սեղանի մակերևույթից, այսինքն՝ այն ընդունեցինք որպես բարձրության հաշվարկի զրոյական մակարդակ: Բայց մարմնի բարձրությունը կարելի է չափել նաև հատակից, Երկրի մակերևույթից կամ մեկ այլ մակարդակից:
Լրիվ մեխանիկական էներգիա
Մարմինների շարժումը և նրանց փոխազդեցությունն ուսումնասիրում է ֆիզիկայի մեխանիկա բաժինը: Ուստի ընդունված է մարմինների շարժումով և նրանց փոխազդեցությամբ պայմանավորված էներգիաներն անվանել մեխանիկական էներգիա:
Ուշադրություն
Մարմինը միաժամանակ կարող է ունենալ և՛ կինետիկ, և՛ պոտենցիալ էներգիա։
Օրինակ
Օրինակ՝\(h\) բարձրության վրա \(v\) արագությամբ շարժվող \(m\) զանգվածով մարմինն ունի շարժումով պայմանավորված և Երկրի հետ փոխազդեցությամբ պայմանավորված \(E\ \)պ. \(= \)\(mgh\) պոտենցիալ էներգիաներ:
Մարմնի կինետիկ և պոտենցիալ էներգիաների գումարը կոչվում է լրիվ մեխանիկական էներգիա.
\(E\ \)\(= \)\(E\ կ\ \)\(+ \)\(E\ պ\)
\(E\ \)\(= \)\(E\ կ\ \)\(+ \)\(E\ պ\)
\( \)
\(h\) բարձրության վրա \(v\) արագությամբ շարժվող մարմնի լրիվ մեխանիկական էներգիան.
\(h\) բարձրության վրա \(v\) արագությամբ շարժվող մարմնի լրիվ մեխանիկական էներգիան.
Աղբյուրները
Ս. Վ. Գրոմով , Ն. Ա. Ռոդինա, Ֆիզիկա-8, հանրակրթական դպրոցի դասագիրք ( I, II, III և V գլուխների հեղինակ Ա. Մամյան); Երևան, Անտարես -2014 թ.