Законы сохранения в механике

Механика — раздел физики, который изучает движение тел и его специфику.

Энергия сохраняется только в изолированной и замкнутой системе.

В механике изучают 2 закона сохранения:

1. Закон сохранения энергии
2. Закон сохранения импульса

Энергия — это физическая величина, показывавшая какую работу может совершить тело.

Энергия бывает кинетической и потенциальной.

Кинетической энергией обладают тела, которые движутся. Она зависит от скорости движения тела и от его массы.

Eк=mv²/2

Для тела, поднятого на какую-то высоту формула выглядит так:

Eп=gmh

g — ускорение свободного падения

Потенциальная и кинетическая энергии тела или системы тел вместе называются механической энергией.

Согласно закону сохранения механической энергии, энергия не исчезает, а лишь совершает переход из одного вида энергии в другую.

Закон сохранения механической энергии

Механическая энергия замкнутой системы тел остается постоянной, если между телами системы действуют только силы тяготения и силы упругости, и отсутствуют силы трения.

Обратите внимание. Закон сохранения энергии может подходить под любые консервативные силы и любые тела вне зависимости от их массы, высоты и других параметров.

Рассмотрим пример падения шара с массой m. На высоте h1 его скорость равна v1, а на высоте h2 его скорость равна v2.

Необходимо найти работу силы тяжести по перемещению шара с одной высоты на другую. Так как все величины направлены в одну сторону по прямой формулу нужно записать в скалярном виде.

A=FтS

S=h1-h2

Fт=gm

A=gm(h1-h2)

Α=gmh1-gmh2

Еп=gmh

Работу можно найти так:

А=Еп1-Еп2

Перемещение равно:

S=v2²-v1²/2g

Если подставить в выражение работы эту формулу, то можно заметить, что работа так же равна изменению кинетической энергии.

Таким образом, изменение потенциальной энергии равно изменение кинетической энергии.

В изолированной системе тел положительная работа внутренних сил увеличивает кинетическую энергию и уменьшает потенциальную.

Импульсы в механике бывают двух видов: импульсы тепла и импульсы силы.

Как правило законы сохранения энергии формулируются для импульса тела.

P=mv

У этого закона существует много частных случаев, такие как:

Поведение шаров в бильярде, причины ускорения и замедления ракеты.

Работа силы тяжести положительна при падении тела с какой-либо высоты и отрицательна при подъеме на ту же высоту. Значит, работа силы тяжести на замкнутом пути всегда равна нулю.

Вывод. Закон сохранения энергии обобщает и описывает природу различных явлений, обьясняет что энергия не может исчезнуть бесследно.

Часто энергия из механической может просто совершить переход в тепловую (внутреннюю) энергию.