О механической энергии

 Под механической энергией понимают способность тела совершить механическую работу. Таким образом, в общем случае под наличием энергии у тела рассматривают именно наличие возможности совершить работу. Запас энергии определяет сколько работы может совершить  тело. При совершении работы количество запасенной энергии уменьшается на величину этой работы. Когда вся энергия израсходована, то тело не способно больше совершить работу.

Рассматривается два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная.

Наличие кинетической энергии подразумевает присутствие у тела скорости. Это энергия движущегося тела. Формула для вычисления этой энергии приведена ниже.

На величину кинетической энергии влияет в основном величина скорости: если скорость увеличивается, то и запас энергии возрастает, и наоборот, при уменьшении скорости кинетической энергии становится меньше. Изменение массы тела в механических процессах обычно не рассматривается.

Потенциальная энергия – это энергия взаимодействия, то есть она может присутствовать у тела даже тогда, когда оно покоится.

Чаще всего мы сталкиваемся с потенциальной энергией гравитации. Эта энергия возникает у тела, когда оно притягивается к Земле. Формула для расчета этого типа энергии выглядит следующим образом:

Проанализировав уравнение, мы понимаем, что величина этой энергии зависит от высоты, на которой находится тело (масса, будем считать, не меняется, g – постоянная величина). С увеличением высоты энергия возрастает, а когда тело опускается вниз, потенциальная энергия становится меньше.

Когда тело опускается вниз (падает или скатывается вниз) его высота в таком случае уменьшается, а значит, уменьшается и потенциальная энергия по величине. Если в процессе тело подпрыгнуло и вернулось на тот же уровень (например, бежит животное или идет человек), то изменения высоты собственно не произошло. Тогда говорить о изменении потенциальной энергии в этом процессе смысла нет. Вот если в начале движения и в конце появляется разность уровней, на которых находилось и находится сейчас тело, то можно рассматривать изменение потенциальной энергии. При этом смотрят, что произошло с уровнем: уменьшился или увеличился относительно поверхности Земли.

Часто возникает ситуация, когда тело обладает сразу несколькими видами механической энергии: потенциальной и кинетической одновременно. В таком случае тело должно двигаться с некоторой скоростью и при этом находиться на какой-либо высоте над поверхностью Земли.

Если машина едет по горизонтальной дороге, то у нее присутствует только кинетическая энергия, так как имеется скорость, а потенциальной энергии нет, так как опустится ниже уровня дороги, уйти под землю, она не может. Но когда машина въезжает на мост, то можно говорить, что у нее к кинетической энергии добавляется и потенциальная (рассматривается, что появилась высота над уровнем земли). Так же к кинетической энергии добавляем потенциальную, если тело едет по наклонной поверхности, так как оно начинает подниматься вверх или спускается вниз.

Одновременно двумя видами энергии обладают различные летящие объекты: самолет, птица, … Сложнее с вертолетом: если он зависнет на одном месте, то у него только потенциальная энергия. Кинетической энергии не будет, так как скорость отсутствует.

При определении величины энергии, однако, не надо забывать и о массе. В формулах для расчета энергии везде присутствует масса. Очевидно, что чем больше масса тела, при одинаковой скорости и высоте, тем больше энергия тела. Чтобы легкому автомобилю обрести такую же кинетическую энергию, что и тяжелому, ему придется набрать большую скорость. А для того, чтобы легкому телу набрать одинаковую потенциальную энергию с тяжелым, придется забраться на большую высоту.