Κινητική και δυνητική ενέργεια

Ένα από τα χαρακτηριστικά κάθε συστήματος είναι η κινητική και η δυνητική του ενέργεια. Εάν οποιαδήποτε δύναμη F ασκεί επίδραση στο σώμα ηρεμίας με τέτοιο τρόπο ώστε το τελευταίο να τεθεί σε κίνηση, τότε λαμβάνει χώρα η εργασία dA. Σε αυτή την περίπτωση, η τιμή της κινητικής ενέργειας dT γίνεται υψηλότερη, όσο περισσότερη δουλειά γίνεται. Με άλλα λόγια, μπορούμε να γράψουμε την ισότητα:

DA = dT

Δεδομένης της διαδρομής dR που διασχίζεται από το σώμα και της αναπτυγμένης ταχύτητας dV, χρησιμοποιούμε τον δεύτερο νόμο του Newton για τη δύναμη:

F = (dV / dt) * m

Ένα σημαντικό σημείο: αυτός ο νόμος μπορεί να χρησιμοποιηθεί αν ληφθεί ένα αδρανειακό πλαίσιο αναφοράς. Η επιλογή του συστήματος επηρεάζει την αξία της ενέργειας. Στο διεθνές σύστημα SI, η ενέργεια μετράται σε joules (J).

Επομένως, η κινητική ενέργεια ενός σωματιδίου ή σώματος, που χαρακτηρίζεται από μια ταχύτητα μετατόπισης V και μάζα m, είναι:

T = ((V * V) * m) / 2

Μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η κινητική ενέργεια καθορίζεται από την ταχύτητα και τη μάζα, που στην πραγματικότητα αντιπροσωπεύει μια συνάρτηση της κίνησης.

Η κινητική και η δυναμική ενέργεια μας επιτρέπουν να περιγράψουμε την κατάσταση του σώματος. Αν η πρώτη, όπως ήδη αναφέρθηκε, σχετίζεται άμεσα με την κίνηση, η δεύτερη εφαρμόζεται στο σύστημα αλληλεπιδρώντων σωμάτων. Η κινητική και η δυναμική ενέργεια θεωρούνται συνήθως για παράδειγμα, όταν η δύναμη που συνδέει τα σώματα δεν εξαρτάται από την τροχιά της κίνησης. Στην περίπτωση αυτή, μόνο οι αρχικές και οι τελικές θέσεις είναι σημαντικές. Το πιο διάσημο παράδειγμα είναι η αλληλεπίδραση βαρύτητας. Αλλά αν η τροχιά είναι επίσης σημαντική, τότε η δύναμη είναι disipative (τριβή).

Με απλά λόγια, η δυνητική ενέργεια είναι μια ευκαιρία να κάνουμε το έργο. Κατά συνέπεια, αυτή η ενέργεια μπορεί να θεωρηθεί με τη μορφή εργασίας, η οποία πρέπει να γίνει για να μετακινήσετε το σώμα από το ένα σημείο στο άλλο. Αυτό είναι:

DA = A * dR

Εάν η δυνητική ενέργεια υποδηλώνεται ως dP, τότε έχουμε:

DA = -dP

Μια αρνητική τιμή δείχνει ότι η εργασία γίνεται με τη μείωση της dP. Για την γνωστή λειτουργία dP, είναι δυνατόν να προσδιοριστεί όχι μόνο το μέτρο της δύναμης F, αλλά και το διάνυσμα της κατεύθυνσης της.

Η αλλαγή της κινητικής ενέργειας συνδέεται πάντοτε με τη δυνητική ενέργεια. Αυτό γίνεται εύκολα κατανοητό αν θυμηθούμε τον νόμο της διατήρησης της ενέργειας του συστήματος. Η συνολική τιμή του T + dP κατά τη μετακίνηση του σώματος παραμένει πάντα αμετάβλητη. Έτσι, η αλλαγή στο Τ συμβαίνει πάντα παράλληλα με την αλλαγή στο dP, φαίνεται να ρέει μεταξύ τους, μετασχηματίζοντας.

Δεδομένου ότι οι κινητικές και οι δυνητικές ενέργειες αλληλεξαρτώνται, το άθροισμά τους είναι η συνολική ενέργεια του υπό εξέταση συστήματος. Όσον αφορά τα μόρια, είναι μια εσωτερική ενέργεια και είναι πάντα παρούσα, εφόσον υπάρχει τουλάχιστον θερμική κίνηση και αλληλεπίδραση.

Κατά τη διεξαγωγή των υπολογισμών, επιλέγεται το πλαίσιο αναφοράς και οποιαδήποτε αυθαίρετη στιγμή λαμβάνεται ως αρχική. Ο ακριβής προσδιορισμός της αξίας της δυνητικής ενέργειας μπορεί να είναι μόνο στη ζώνη δράσης τέτοιων δυνάμεων που, όταν το έργο γίνεται, δεν εξαρτώνται από την τροχιά της μετατόπισης οποιουδήποτε σωματιδίου ή σώματος. Στη φυσική, οι δυνάμεις αυτές ονομάζονται συντηρητικές. Συνδέονται πάντοτε με το νόμο της διατήρησης της συνολικής ενέργειας.

Ένα ενδιαφέρον σημείο: σε μια κατάσταση όπου οι εξωτερικές επιδράσεις είναι ελάχιστες ή ισοπεδωμένες, κάθε σύστημα που μελετάται τείνει πάντα σε μια τέτοια κατάσταση όταν η δυνητική του ενέργεια τείνει στο μηδέν. Για παράδειγμα, μια ρίψη μπάλας φθάνει το δυναμικό της ενεργειακό όριο στο κορυφαίο σημείο της τροχιάς, αλλά ταυτόχρονα αρχίζει να κινείται προς τα κάτω, μετατρέποντας τη συσσωρευμένη ενέργεια σε κίνηση, στην εργασία που γίνεται. Θα πρέπει για άλλη μια φορά να σημειωθεί ότι για δυνητική ενέργεια υπάρχει πάντα αλληλεπίδραση τουλάχιστον δύο σωμάτων: για παράδειγμα, στο παράδειγμα σφαίρας, η βαρύτητα του πλανήτη τον επηρεάζει. Η κινητική ενέργεια μπορεί να υπολογιστεί ξεχωριστά για κάθε κινούμενο σώμα.