Физика
1.4.8. Закон изменения и сохранения механической энергии
Закон сохранения полной механической энергии
Если на материальную точку, расположенную в консервативном силовом поле, кроме консервативных сил, действуют любые другие силы (неконсервативные), то полная механическая энергия материальной точки изменяется со временем. Примером неконсервативных сил в механике являются силы трения, силы сопротивления. Силы трения и силы сопротивления называют диссипативными, т.к. они приводят к диссипации энергии – превращение механической энергии в теплоту.
Закон изменения полной механической энергии материальной точки: работа диссипативных сил А1-2дис при перемещении материальной точки из произвольного начального положения в произвольное конечное положение равна приращению полной механической энергии материальной точки:
\({A_{1 - 2{\rm{дис}}}} = {E_2} - {E_1}\), (4.39)
где Е2 и Е1 – полная механическая энергия материальной точки в конечном и начальном положениях соответственно.
Докажем это утверждение. Согласно теореме о кинетической энергии работа А1-2 всех приложенных к материальной точке сил, при ее перемещении из начального положения в конечное, равна приращению кинетической энергии материальной точки:
\({A_{1 - 2}} = {E_{{\rm{к}}2}} - {E_{{\rm{к}}1}}\),
где \({E_{{\rm{к}}2}}\) и \({E_{{\rm{к}}1}}\) – кинетическая энергия материальной точки в конечном и начальном положениях соответственно.
Работа А1-2 складывается из работы А1-2конс консервативных сил и работы А1-2дис диссипативных (неконсервативных) сил:
А1-2 = А1-2конс + А1-2дис.
Однако работа А1-2конс консервативных сил равна убыли потенциальной энергии материальной точки:
\({A_{1 - 2{\rm{конс}}}} = {E_{{\rm{п1}}}} - {E_{{\rm{п}}2}}\),
где \({E_{{\rm{п}}1}}\) и \({E_{{\rm{п}}2}}\) – потенциальная энергия материальной частицы в начальном и конечном положениях соответственно; А1-2 = Еп1 – Еп2 + А1-2дис, или Ек2 – Ек1 = Еп1 – Еп2 + А1-2дис. Преобразуем выражение
(Ек2 + Еп2) – (Ек1 + Еп1) = А1-2дис, или А1-2дис = Е2 – Е1, (4.40)
где Е2 и Е1 – полная механическая энергия материальной точки в конечном и начальном положении соответственно.
Работа неконсервативных (диссипативных) сил при перемещении материальной точки из произвольного начального положения в произвольное конечное положение равна изменению полной механической энергии материальной точки в этих положениях: А1-2дис = Е2 – Е1 = ΔЕ.
Только неконсервативные силы могут изменить полную механическую энергию материальной точки.
Другие материалы по данной теме
Видео
2.12. Закон сохранения энергии
Формула
\({E_{\rm{}}} + {E_{\rm{}}} = {\rm{const}}\)
Определение
Закон сохранения механической энергии