Работа консервативных сил. Потенциальная энергия. Закон сохранения мех. энергии системы тел и его связь с однородностью времени

 

Все силы (в макроскопической механике) принято разделять на консервативные и неконсервативные.Если силы взаимодействия зависят только от конфигурации материальных точек системы (от их координат) и работа этих сил при перемещении системы из произвольного начального положения в произвольное конечное положение не зависит от пути перехода, а определяется только начальной и конечной конфигурацией системы, то такие силы называются консервативными.

Пусть система из положения 1 першла в положение2 по пути 132. При этом будет совершена работа А132. Если бы система перешла в положение 2 по пути 142, то совершенная работа была бы равна А142, По определению консервативных сил А132 = А142. Так как силы завмсят только от конфигурации системы, то А142 =-А241. Таким образом, А132 + А241 = 0. Но сумма А132 + А241 есть работа, совершенная силами, когда система вернулась в исходное полжение 1.В этом случае говорят о работе по “замкнутому пути”. Работа консервативных сил по замкнутому пути равна нулю. Примерами консервативных сил могут служить сила тяжести и все центральные силы.

 

3

333 3333

1 2

 

4

 

Какое-либо произвольное положние системы условно примем за нулевое.Работа, совершаемая конс. Силами при переходе системы из рассматриваемого положения в нулевое, называется потенциальной энергиейсистемы в первом положении.Потенциальная энергия при фиксированном нулевом положении зависит только от координат материальных точек системы. Иными словами, потенциальная энергия системы U является функцией только ее координат.

Потенциальная энергия системы определена с точностью до константы. Пусть система першла из положения 1 в положение 2 по пути 12. Работу А12 можно выразить через потенциальные энергии U1 и U2. Пусть переход совершен через нулевое положение 0, по пути 102.

А12 = А102 = А10 + А02 = А10 + А20. По определению U1 = А10 + С б U2 = А20 + С

Таким образом А12 = U1 – U2, т.е. работа конс. Сил равна убыли потенциальной энергии.

Та же работа может быть выражена через приращение кинетической энергии:

А12 = К2 – К1. Приравнивая получим:К1 + U1 = К2 + U2

Сумма кин. И пот энергий называется полной энергией Е. Е1 = Е2, или Е = К + U = const

В системе с одними только конс. силами полная энергия остается неизменной. Могут происходить только превращения энергий, но полный запас измениться не может (закон сохр. энергии).

 

Вопрос 2.