Прежде чем познакомиться с новой величиной, вспомним, что такое работа.

Механическая работа– это физическая величина, равная произведению модуля действующей силы на путь, пройденный телом под действием этой силы: А = F·s.

Единица измерения работы в СИ: 1 Дж = 1 Н·м.

Работа совершается в том случае, если тело движется под действием силы.

Рассмотрим несколько примеров.

На наклонной плоскости располагаем шарик, внизу поставим брусок. Шарик, скатившись, совершает работу по перемещению бруска.

Поднимем молоток на некоторую высоту над деревянной доской, в которую воткнули гвоздик. Молоток, падая, совершает работу по перемещению гвоздя вглубь доски.

Растянем пружину и прикрепим к бруску. Отпустив пружину, мы видим, что брусок начинает двигаться и под действием силы упругости проходит некоторый путь. И в этом случае тоже совершается работа.

Про тела, которые могут совершить работу, говорят, что они обладают энергией.

Энергия– это физическая величина, характеризующая способность тела совершить работу. Обозначается буквой Е.

Единица измерения энергии в СИ – Джоуль.

Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает. При совершении работы энергия изменяется. Совершенная работа равна изменению энергии тела.

Какие тела могут совершить работу? Из примеров видно, что это может быть поднятое над землей тело, сжатая или растянутая пружина, сжатый газ, какое-либо движущееся тело.

Энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела, называетсяпотенциальной энергией. Обозначается Еп.

Потенциальная энергия поднятого молота определяется взаимодействием молота и земли, работу при падении молота совершает сила тяжести mg и перемещает молот на расстояние, равное высоте падения. Поэтому потенциальная энергия тела, поднятого над уровнем земли,вычисляется по формулеЕп = А = Fтяж·s = mgh.

Чем больше масса тела и чем больше высота над землей, тем большую работу может совершить молот при падении, следовательно, обладает большей потенциальной энергией. Отсчет высоты для определения потенциальной энергии тела можно вести от уровня пола или поверхности стола, то есть выбранного тела – нулевого уровня, на котором потенциальную энергию тела принимаем за нуль.

Движущиеся тела также могут совершить работу. Например, шарик, скатившись, толкает брусок, движущийся вагон сцепляется с другим вагоном и сообщает ему скорость.

Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической энергией. Обозначается Ек.

Движущаяся вода совершает работу по вращению турбины гидроэлектростанции за счет своей кинетической энергии. Энергией обладает и движущийся воздух – ветер, кинетическая энергия ветра используется в ветряных мельницах.

От чего зависит кинетическая энергия тела?

Проведем опыт с наклонной плоскостью. Если увеличить высоту наклона плоскости, мы увидим, что путь, пройденный бруском после столкновения с шариком, увеличивается. Если стальной шарик заменить алюминиевым, путь бруска уменьшится. 

Итак, кинетическая энергия тела зависит от массы тела и скорости его движения: Ек = mυ2/2.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тела называется полной механической энергиейтела: Е = Еп + Ек.

Рассмотрим еще один пример. 

Резиновый шарик поднимем над поверхностью стола. В этой точке шарик обладает потенциальной энергией Еп = mgh, кинетическая энергия шарика равна нулю, так как его скорость равна нулю. Отпустим шарик. При падении высота шарика над уровнем стола уменьшается, значит, уменьшается его потенциальная энергия. Скорость шарика при падении увеличивается под действием силы тяжести, следовательно, увеличивается кинетическая энергия шарика. В момент удара кинетическая энергия шарика максимальна, а потенциальная энергия равна нулю, так как высота над уровнем стола будет равна нулю. Куда делась потенциальная энергия, и откуда появилась кинетическая энергия шарика?

В этом примере энергия одного и того же тела – шарика – переходит из одного вида в другой: потенциальная энергия поднятого над столом шарика превращается в кинетическую энергию. Когда шарик отскочит от поверхности стола, то начнется превращение кинетической энергии поступательного движения шарика в потенциальную энергию.

Из многочисленных наблюдений за превращениями энергии ученые сделали вывод: энергия никуда не исчезает и не возникает из «ничего», а только переходит от одного тела к другому или превращается из одного вида в другой. Это утверждение называется законом сохранения энергии.

ВАЖНО ЗАПОМНИТЬ:

Энергия –это физическая величина, характеризующая способность тела совершить работу. Обозначается буквой Е. Единица измерения энергии в СИ – джоуль.

Энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела называется потенциальной энергией.

Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической энергией.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тела называется полной механической энергией тела: Е = Еп + Ек.

Потенциальная энергия тела, поднятого над уровнем земли, пола, поверхности стола, вычисляется по формуле Еп = mgh.

Кинетическая энергия тела зависит от массы тела и скорости его движения: 

Ек = mυ2/2.