Виды энергии.

Механическую энергию подразделяют на два вида.

1) Потенциальная энергия характеризует возможность системы совершить работу. Если положительная работа совершена системой, то ее потенциальная энергия уменьшится. Говорят, что работа равна убыли потенциальной энергии:

.

С другой стороны, ,

откуда следует связь между силой и потенциальной энергией. В частности, в простых, одномерных случаях . Благодаря существующей связи между силовыми и энергетическими характеристиками каждой консервативной силе соответствует потенциальная энергия, и наоборот. При изучении поведения системы можно пользоваться и силовой, и энергетической терминологией, причем последняя оказывается проще, т.к. энергия – величина скалярная. Подчеркнем, что речь идет только о консервативных силах и их работе.

Кинетическая энергия связана с движением тела. Это может быть как поступательное, так и вращательное движение, а также их комбинация. Для любого достаточно малого элемента массы dm кинетическая энергия равна

,

где v - его линейная скорость.

Для того, чтобы изменить скорость тела, требуется совершить работу. Эта работа может быть совершена любой силой, как консервативной, так и неконсервативной:

.

В результате, учитывая, что , получим:

А_{неконс.} = E₂ – E_1.

В этом состоит закон сохранения и превращения механической энергии: изменение полной механической энергии замкнутой системы материальных точек равно работе неконсервативных сил внутри этой системы.

Следовательно, механическая энергия такой идеальной системы, в которой действуют только консервативные силы, должна сохраняться.

Этим объясняется, например, относительная стабильность Солнечной системы, которую с большой точностью можно считать замкнутой и консервативной.

2) Внутренняя энергия тела – это кинетическая энергия теплового движения молекул и потенциальная энергия их взаимодействия. Несмотря на чисто механическое определение, переход на другой уровень строения материи неизбежно влечет за собой отказ от классического (Ньютоновского) подхода к проблеме. Так, для описания процессов внутри вещества требуется привлекать аппарат математической статистики и теории вероятностей.

Изменение внутренней энергии связано с изменением температуры или агрегатного состояния вещества.

3) Энергия электромагнитного взаимодействия.

Электрический заряд и электрический ток изменяют свойства пространства вокруг себя. Если в это пространство поместить другой заряд или проводник с электрическим током, то на них будут действовать силы, вызывая перемещение этих тел. Таким образом, будет совершена работа, т.е. пространство вблизи электрического заряда и электрического тока обладает потенциальной энергией. Исторически именно изучение электромагнитного взаимодействия привело к формированию понятия физического поля (см. лекцию 6 ).