ФІЗИКА ДЛЯ БАКАЛАВРІВ. МЕХАНІКА
5. РОБОТА ТА ЕНЕРГІЯ
5.4. Закон збереження механічної енергії
В замкненій (ізольованій) системі зовнішні сили відсутні, тож δAст = 0. Тому
|
dE = δAдис , ΔE = E2 - E1 = Aдис. |
”(6.28) (6.28а) |
Отже, механічна енергія замкненої системи не зберігається, її зміна дорівнює роботі дисипативних сил взаємодії між частинками системи. Оскільки завжди δAдис < 0 (див. п. 6.3), під час руху тіл механічна енергія замкненої системи невпинно зменшується. Але, якщо дисипативні сили відсутні (δAдис = 0), то dE = 0 і E = const. У цьому полягає закон збереження механічної енергії :
За відсутності дисипативних сил повна механічна енергія будь-якої замкненої системи зберігається, тобто, не змінюється під час руху частинок системи.
З іншого боку, за відповідних умов механічна енергія може зберігатися і в незамкненій системі. Згідно з (6.27) і (6.27а), це буде тоді, коли сумарна робота внутрішніх дисипативних сил та сторонніх сил дорівнює нулю. Тому треба чітко усвідомити, що, на відміну від імпульсу, умовою збереження механічної енергії є не замкненість (ізольованість) системи, а характер діючих в системі сил і величина виконуваної ними роботи.
Як відмічалося, за наявності внутрішніх дисипативних сил механічна енергія замкненої системи поступово зменшується. Але дослід свідчить, що вона не зникає, а перетворюється на інші види, найчастіше в тепло – кожному добре відоме нагрівання рухомих тіл унаслідок тертя (отримана теплова енергія далі передається довкіллю, тобто, відбувається розпорошування, інакше – “дисипація” енергії; цим пояснюється назва “дисипативні сили”). Це є одним із проявів універсального закону збереження енергії:
енергія не виникає з нічого й не зникає безслідно, вона тільки переходить з одних форм в інші та від одних тіл до інших у рівних кількостях.
Інакше говорячи,
сума всіх видів енергії у будь-якій замкненій фізичній системі зберігається, тобто не змінюється з часом.
Розглянутий аналіз висвітлює роль роботи дисипативних сил у процесах перетворення механічної енергії:
робота дисипативних сил є мірою перетворення механічної енергії в інші, не механічні види.
Якщо в замкненій системі діють тільки консервативні сили, то механічна енергія не змінюється, тобто не переходить у інші види. Але за рахунок роботи консервативних сил відбувається перетворення кінетичної енергії в потенціальну і навпаки. Отже,
робота консервативних сил є мірою перетворення одного виду механічної енергії в інший без зміни її загальної величини
При цьому, коли консервативні сили виконують додатню роботу, потенціальна енергія, переходить у кінетичну, а коли – від’ємну, то кінетична енергія переходить у потенціальну. Це наочно видно у випадку руху тіл під дією сили тяжіння.