Մեխանիկական էներգիայի ձևերը. Աշխատանքային և մեխանիկական էներգիա

Մեխանիկայի մեջ առանձնանում են էներգիայի երկու տեսակ՝ կինետիկ և պոտենցիալ։ Կինետիկ էներգիանրանք անվանում են ցանկացած ազատ շարժվող մարմնի մեխանիկական էներգիա և չափում այն աշխատանքով, որը մարմինը կարող է կատարել դանդաղեցման ժամանակ մինչև լրիվ կանգառը:

Թող մարմինը Վարագությամբ շարժվելը սկսում է փոխազդել մեկ այլ մարմնի հետ ՀԵՏև միևնույն ժամանակ այն արգելակվում է։ Ուստի մարմինը Վգործում է մարմնի վրա ՀԵՏորոշ ուժով և ճանապարհի տարրական հատվածի վրա ds կատարում է աշխատանք

Մարմնի մասին Նյուտոնի երրորդ օրենքի համաձայն Վմիաժամանակ գործում է մի ուժ, որի շոշափող բաղադրիչն առաջացնում է մարմնի արագության թվային արժեքի փոփոխություն։ Նյուտոնի երկրորդ օրենքի համաձայն

Հետևաբար,

Մարմնի կատարած աշխատանքը մինչև լրիվ կանգ առնելը հավասար է.

Այսպիսով, թարգմանաբար շարժվող մարմնի կինետիկ էներգիան հավասար է այս մարմնի զանգվածի արտադրյալի կեսին իր արագության քառակուսու վրա.

Բանաձևից (3.7) երևում է, որ մարմնի կինետիկ էներգիան չպետք է լինի բացասական ():

Եթե համակարգը բաղկացած է nշարժվող մարմինները, ապա այն դադարեցնելու համար չափազանց կարևոր է դանդաղեցնել այս մարմիններից յուրաքանչյուրը: Այդ պատճառով մեխանիկական համակարգի ընդհանուր կինետիկ էներգիան հավասար է դրանում ընդգրկված բոլոր մարմինների կինետիկ էներգիաների գումարին.

Բանաձևից (3.8) երևում է, որ Ե կկախված է միայն զանգվածների մեծությունից և դրանում ընդգրկված մարմինների շարժման արագություններից։ Այս դեպքում էական չէ, թե ինչպես է զանգված ունեցող մարմինը m iարագություն է ձեռք բերել։ Այլ կերպ ասած, Համակարգի կինետիկ էներգիան նրա շարժման վիճակի ֆունկցիան է.

Արագությունները հիմնականում կախված են հղման շրջանակի ընտրությունից: (3.7) և (3.8) բանաձևերը դուրս բերելիս ենթադրվում էր, որ շարժումը դիտարկվում է հղման իներցիոն համակարգում, քանի որ. հակառակ դեպքում անհնար կլիներ օգտագործել Նյուտոնի օրենքները: Այս դեպքում միմյանց համեմատ շարժվող տարբեր իներցիոն հղման շրջանակներում արագությունը ես- Համակարգի մարմինը, և, հետևաբար, նրա կինետիկ էներգիան և ամբողջ համակարգը նույնը չեն լինի: Տᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, համակարգի կինետիկ էներգիան կախված է հղման համակարգի ընտրությունից ᴛ.ᴇ: արժեքն է ազգական.

Պոտենցիալ էներգիա - ϶ᴛᴏ մեխանիկական էներգիամարմինների համակարգեր, որոնք որոշվում են նրանց փոխադարձ դասավորությամբ և նրանց միջև փոխազդեցության ուժերի բնույթով:

Թվային առումով, համակարգի պոտենցիալ էներգիան իր տվյալ դիրքում հավասար է աշխատանքին, որը կկատարեն համակարգի վրա ազդող ուժերը, երբ համակարգը տեղափոխվում է այս դիրքից այնտեղ, որտեղ պոտենցիալ էներգիան պայմանականորեն ենթադրվում է զրո ( E n= 0): «Պոտենցիալ էներգիա» հասկացությունը տեղի է ունենում միայն պահպանողական համակարգերի համար, ᴛ.ᴇ. համակարգեր, որոնցում գործող ուժերի աշխատանքը կախված է միայն համակարգի սկզբնական և վերջնական դիրքից։ Այսպիսով, բեռի կշռման համար Պբարձրացված բարձրության վրա հպոտենցիալ էներգիան հավասար կլինի ( E n= 0 համար հ= 0); զսպանակին կցված բեռի համար, որտեղ է զսպանակի երկարացումը (սեղմումը), կ- դրա կոշտության գործակիցը ( E n= 0 համար լ= 0); զանգված ունեցող երկու մասնիկների համար մ 1և մ 2, որոնք ձգվում են համաշխարհային ձգողության օրենքով, որտեղ γ - գրավիտացիոն հաստատուն, rԱրդյո՞ք հեռավորությունը մասնիկների միջև ( E n= 0 համար):

Դիտարկենք Երկրի պոտենցիալ էներգիան՝ զանգվածով մարմին մբարձրացված բարձրության վրա հԵրկրի մակերեւույթից վեր։ Նվազեցնել պոտենցիալ էներգիանման համակարգը չափվում է Երկրի վրա մարմնի ազատ անկման ժամանակ կատարվող ծանրության ուժերի աշխատանքով։ Եթե մարմինը ընկնում է ուղղահայաց, ապա

որտեղ E no-ն համակարգի պոտենցիալ էներգիան է հ= 0 (ʼʼ-ʼʼ նշանը ցույց է տալիս, որ աշխատանքը կատարվում է պոտենցիալ էներգիայի կորստի պատճառով):

Եթե նույն մարմինն ընկնում է երկարությամբ թեք հարթության վրա լև դեպի ուղղահայաց թեքության անկյան տակ (, ապա ծանրության ուժերի աշխատանքը հավասար է նախորդ արժեքին - e.

Եթե, վերջապես, մարմինը շարժվում է կամայական կորագիծ հետագծով, ապա կարելի է պատկերացնել այս կորը, որը բաղկացած է. nփոքր ուղիղ հատվածներ: Այս հատվածներից յուրաքանչյուրի վրա գրավիտացիոն ուժի աշխատանքը հետևյալն է

Ամբողջ կոր ճանապարհի վրա գրավիտացիոն ուժերի աշխատանքը ակնհայտորեն հավասար է.

Այսպիսով, ձգողականության ուժերի աշխատանքը կախված է միայն ճանապարհի մեկնարկային և վերջնակետերի բարձրությունների տարբերությունից։

Տᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, պոտենցիալ (պահպանողական) ուժերի դաշտում գտնվող մարմինն ունի պոտենցիալ էներգիա։ Համակարգի կազմաձևման անսահման փոքր փոփոխության դեպքում պահպանողական ուժերի աշխատանքը հավասար է պոտենցիալ էներգիայի ավելացմանը, որը վերցված է մինուս նշանով, քանի որ աշխատանքը կատարվում է պոտենցիալ էներգիայի նվազման պատճառով.

Իր հերթին աշխատել dAարտահայտվում է որպես ուժի և տեղաշարժի սկալյար արտադրյալ, հետևաբար, վերջին արտահայտությունը կարելի է գրել հետևյալ կերպ. Համակարգի W-ը հավասար է նրա կինետիկ և պոտենցիալ էներգիաների գումարին.

Համակարգի պոտենցիալ էներգիայի սահմանումից և դիտարկված օրինակներից կարելի է տեսնել, որ այս էներգիան, ինչպես կինետիկ էներգիան, համակարգի վիճակի ֆունկցիան է. այն կախված է միայն համակարգի կազմաձևից և նրա դիրքից։ կապը արտաքին մարմինների հետ. Հետևաբար, համակարգի ընդհանուր մեխանիկական էներգիան նույնպես համակարգի վիճակի ֆունկցիա է՝ ᴛ.ᴇ։ կախված է միայն համակարգի բոլոր մարմինների դիրքից և արագություններից:

Եթե մարմինը կարող է մեխանիկական աշխատանք կատարել, ուրեմն ունի մեխանիկական էներգիա Ե(J). Կամ, եթե արտաքին ուժը գործում է, ազդելով մարմնի վրա, նրա էներգիան փոխվում է:

Մեխանիկական էներգիայի երկու տեսակ կա՝ կինետիկ և պոտենցիալ։

Կինետիկ էներգիա -շարժվող մարմինների էներգիա.

որտեղ v(մ / վ) - արագության մոդուլ, մ - մարմնի զանգված:

Պոտենցիալ էներգիա- փոխազդող մարմինների էներգիա.

Մեխանիկայի մեջ պոտենցիալ էներգիայի օրինակներ.

Մարմինը բարձրացվում է գետնից. E = մգհ

որտեղ h-ը զրոյական մակարդակից որոշված բարձրությունն է (կամ հետագծի ստորին կետից): Ճանապարհի ձևը կարևոր չէ, կարևոր է միայն սկզբի և ավարտի բարձրությունը:

Էլաստիկ դեֆորմացված մարմին։Դեֆորմացիա, որը որոշվում է չդեֆորմացված մարմնի դիրքից (աղբյուր, լար և այլն):

Առաձգական մարմինների պոտենցիալ էներգիա. , որտեղ k-ն աղբյուրի կոշտությունն է; x-ը նրա դեֆորմացիան է:

Էներգիան կարող է փոխանցվել մի մարմնից մյուսին, ինչպես նաև փոխակերպվել մի տեսակից մյուսը։

- Ամբողջական մեխանիկական էներգիա:

Էներգիայի պահպանման օրենքը: v փակվածմարմինների համակարգը ամբողջական է էներգիան չի փոխվումմարմինների այս համակարգի ներսում ցանկացած փոխազդեցության համար:

Ե k1 + Ե p1 = Ե k2 + Ե p2.

Փակ համակարգ կազմող և գրավիտացիոն ուժերի և առաձգական ուժերի միջոցով միմյանց հետ փոխազդող մարմինների կինետիկ և պոտենցիալ էներգիայի գումարը մնում է անփոփոխ։

2. Տրանսֆորմատոր. Գործողության սկզբունքը. Սարք. Փոխակերպման հարաբերակցությունը. Էլեկտրաէներգիայի փոխանցում.
AC փոխակերպում, որի դեպքում լարումը մի քանի անգամ ավելանում կամ նվազում է գործնականում ոչ էներգիայի կորուստն իրականացվում է տրանսֆորմատորների միջոցով:

Տրանսֆորմատոր- սարք, որն օգտագործվում է փոփոխական հոսանքի լարումը մեծացնելու կամ նվազեցնելու համար:

Առաջին տրանսֆորմատորները օգտագործվել են 1878 թ. Ռուս գիտնական Պ.Ն. Յաբլոչկովը սնուցելու իր հորինած «էլեկտրական մոմերը»՝ այն ժամանակվա լույսի նոր աղբյուր։

Ամենապարզ տրանսֆորմատորը բաղկացած է երկու կծիկից: Փաթաթված ընդհանուր պողպատե միջուկի վրա: Մեկ կծիկ միանում է աղբյուրին փոփոխվողԼարման. Այս կծիկը կոչվում է առաջնայինոլորուն), և մեկ այլ կծիկից (կոչ երկրորդականոլորուն) հեռացնել փոփոխական լարումը դրա հետագա փոխանցման համար:

Առաջնային ոլորուն փոփոխական հոսանքը ստեղծում է փոփոխական մագնիսական դաշտ: Պողպատե միջուկի շնորհիվ նույն միջուկի վրա փաթաթված երկրորդական ոլորուն թափանցում է գրեթե նույնը. փոփոխականդաշտը որպես առաջնային։

Քանի որ բոլորը loopsհետ շփոթված նույն փոփոխական մագնիսական հոսքը, շնորհիվ էլեկտրամագնիսական ինդուկցիայի երևույթի յուրաքանչյուր օղակառաջացած նույն լարումը... Հետևաբար, առաջնային և երկրորդային ոլորունների 1 և 2 լարումների հարաբերակցությունը հավասար է դրանցում պտույտների քանակի հարաբերակցությանը.

Տրանսֆորմատորի կողմից լարման փոփոխությունը բնութագրում է փոխակերպման հարաբերակցությունը

Փոխակերպման հարաբերակցությունը - արժեք, որը հավասար է տրանսֆորմատորի առաջնային և երկրորդային ոլորուններում լարումների հարաբերակցությանը.

Բարձրացումտրանսֆորմատոր - տրանսֆորմատոր, որը մեծացնում է լարումը (բարձրացող տրանսֆորմատորում երկրորդական ոլորուն պտույտների թիվը պետք է լինի ավելի մեծ, քան առաջնային ոլորունում պտույտների թիվը, այսինքն.<1.

Դեպի ներքևտրանսֆորմատոր - տրանսֆորմատոր, որը նվազեցնում է լարումը (նվազող տրանսֆորմատորում երկրորդական ոլորման պտույտների քանակը պետք է լինի պակաս, քան առաջնային ոլորման պտույտների թիվը, այսինքն՝ k> 1.

Հեռարձակում էլեկտրական էներգիաէլեկտրակայաններից մինչև հազարավոր կիլոմետր հեռավորության վրա գտնվող խոշոր քաղաքներ կամ արդյունաբերական կենտրոններ բարդ գիտատեխնիկական խնդիր է: Հաղորդալարերի ջեռուցման կորուստները նվազեցնելու համար անհրաժեշտ է նվազեցնել հաղորդման գծի հոսանքը և, հետևաբար, բարձրացնել լարումը: Սովորաբար էլեկտրահաղորդման գծերը կառուցվում են 400-500 կՎ լարման համար, մինչդեռ գծերն օգտագործում են եռաֆազ հոսանք 50 Հց հաճախականությամբ:

Տոմս թիվ 12

Պասկալի օրենքը. Արքիմեդի օրենքը. Լողի պայմաններ հեռ.

Պասկալի օրենքի ձևակերպում

Հեղուկի կամ գազի վրա կիրառվող ճնշումը փոխանցվում է ցանկացած կետի նույնը բոլոր ուղղություններով:Այս հայտարարությունը բացատրվում է հեղուկների և գազերի մասնիկների շարժունակությամբ բոլոր ուղղություններով։

Պասկալի հիդրոստատիկայի օրենքի հիման վրա գործում են տարբեր հիդրավլիկ սարքեր՝ արգելակային համակարգեր, մամլիչներ և այլն։

Արքիմեդի օրենքը- սա հեղուկների և գազերի ստատիկ օրենքն է, ըստ որի հեղուկի (կամ գազի) մեջ ընկղմված մարմնի վրա գործում է լողացող ուժ (Արքիմեդի ուժ), որը հավասար է սրանով տեղաշարժված հեղուկի (կամ գազի) քաշին։ մարմինը.

F A = ρgV,
որտեղ ρ - հեղուկի (գազի) խտությունը,
է - ձգողության արագացում,
Վ - սուզված մարմնի ծավալը (կամ մարմնի այն մասի ծավալը, որն ընկղմված է հեղուկի (կամ գազի) մեջ):

Արքիմեդյան ուժն ուղղված է միշտ հակառակ ձգողականության... Այն հավասար է զրոյի, եթե հեղուկի մեջ ընկղմված մարմինը խիտ է, ամբողջ հիմքը սեղմված է մինչև հատակը։
Պետք է հիշել, որ Զրո ծանրության վիճակում Արքիմեդի օրենքը չի գործում.

Նայեք՝ արահետով գլորվող գնդակը տապալում է պտուկները, և նրանք թռչում են կողքերով: Հենց նոր անջատված օդափոխիչը որոշ ժամանակ շարունակում է պտտվել՝ ստեղծելով օդի հոսք։ Արդյո՞ք այս մարմինները էներգիա ունեն:

Նշում. գնդակը և երկրպագուն կատարում են մեխանիկական աշխատանք, ինչը նշանակում է, որ նրանք ունեն էներգիա: Նրանք էներգիա ունեն, քանի որ շարժվում են: Շարժվող մարմինների էներգիան ֆիզիկայում կոչվում է կինետիկ էներգիա (հունարեն «kinema»-ից՝ շարժում)։

Կինետիկ էներգիան կախված է մարմնի զանգվածից և շարժման արագությունից (տարածության մեջ շարժում կամ պտույտ)։Օրինակ, որքան մեծ է գնդակի զանգվածը, այնքան ավելի շատ էներգիա կփոխանցի այն քորոցներին հարվածի ժամանակ, այնքան նրանք կթռչեն հեռու: Օրինակ, որքան բարձր է սայրերի պտտման արագությունը, այնքան օդափոխիչը կշարժի օդի հոսքը:

Միևնույն մարմնի կինետիկ էներգիան կարող է տարբեր լինել տարբեր դիտորդների տեսակետներից։Օրինակ՝ մեր՝ որպես այս գրքի ընթերցողների տեսանկյունից, ճանապարհի վրա ծառի կոճղի կինետիկ էներգիան զրո է, քանի որ ծառի կոճղը չի շարժվում։ Այնուամենայնիվ, հեծանվորդի հետ կապված կոճղն ունի կինետիկ էներգիա, քանի որ այն արագորեն մոտենում է, և բախման դեպքում այն կկատարի շատ տհաճ մեխանիկական աշխատանք՝ կծկվի հեծանիվի մասերը։

Այն էներգիան, որն ունեն մեկ մարմնի մարմինները կամ մասերը, քանի որ դրանք փոխազդում են այլ մարմինների (կամ մարմնի մասերի) հետ, կոչվում է ֆիզիկայում. պոտենցիալ էներգիա (լատիներեն «պոտենցիալից» - ուժ):

Անդրադառնանք նկարին. Մակերեւույթի վրա գնդիկը կարող է կատարել մեխանիկական աշխատանք, օրինակ՝ մեր ափը ջրից դուրս մղել դեպի մակերես: Որոշակի բարձրության վրա դրված կշիռը կարող է անել աշխատանքը՝ ճեղքել ընկույզը: Աղեղի ձգված լարը կարող է դուրս մղել նետը: Հետևաբար, դիտարկվող մարմիններն ունեն պոտենցիալ էներգիա, քանի որ փոխազդում են այլ մարմինների (կամ մարմնի մասերի) հետ։Օրինակ, գնդակը փոխազդում է ջրի հետ - Արքիմեդյան ուժը այն հրում է մակերես: Քաշը փոխազդում է Երկրի հետ - ձգողականության ուժը քաշը քաշում է ներքև: Աղեղնաշարը փոխազդում է աղեղի այլ մասերի հետ - այն ձգվում է աղեղի կոր լիսեռի առաձգական ուժով:

Մարմնի պոտենցիալ էներգիան կախված է մարմինների (կամ մարմնի մասերի) փոխազդեցության ուժից և նրանց միջև եղած հեռավորությունից։Օրինակ՝ որքան մեծ է Արքիմեդյան ուժը և որքան ավելի խորն է գնդակը ընկղմվում ջրի մեջ, այնքան մեծ է ձգողականությունը և որքան քաշը հեռու է Երկրից, այնքան մեծ է առաձգական ուժը և որքան ավելի է ձգվում աղեղնավորը, այնքան մեծ է պոտենցիալ էներգիան։ մարմիններից՝ գնդակ, թեյնիկ, աղեղ (համապատասխանաբար):

Միևնույն մարմնի պոտենցիալ էներգիան կարող է տարբեր լինել տարբեր մարմինների նկատմամբ:Նայեք նկարին։ Երբ ընկույզներից յուրաքանչյուրի վրա ծանրություն է ընկնում, կպարզվի, որ երկրորդ ընկույզի բեկորները շատ ավելի հեռու են թռչելու, քան առաջինի բեկորները: Հետևաբար, ընկույզ 1-ի նկատմամբ քաշն ունի ավելի քիչ պոտենցիալ էներգիա, քան ընկույզ 2-ի նկատմամբ: Կարևոր է. ի տարբերություն կինետիկ էներգիա, պոտենցիալ էներգիան կախված չէ դիտորդի դիրքից և շարժումից, այլ կախված է էներգիայի «զրոյական մակարդակի» մեր ընտրությունից։

Այս հոդվածի նպատակն է բացահայտել «մեխանիկական էներգիա» հասկացության էությունը: Ֆիզիկան լայնորեն օգտագործում է այս հայեցակարգը և՛ գործնականում, և՛ տեսականորեն:

Աշխատանք և էներգիա

Մեխանիկական աշխատանքը կարող է որոշվել, եթե հայտնի են մարմնի վրա ազդող ուժը և մարմնի շարժումը։ Մեխանիկական աշխատանքը հաշվարկելու ևս մեկ տարբերակ կա. Դիտարկենք մի օրինակ.

Նկարը ցույց է տալիս մարմին, որը կարող է լինել տարբեր մեխանիկական վիճակներում (I և II): Մարմնի I վիճակից II վիճակի անցնելու գործընթացը բնութագրվում է մեխանիկական աշխատանքով, այսինքն՝ I վիճակից II վիճակի անցնելու ժամանակ մարմինը կարող է կատարել աշխատանք։ Աշխատանքի իրականացման ընթացքում մարմնի մեխանիկական վիճակը փոխվում է, իսկ մեխանիկական վիճակը կարող է բնութագրվել մեկ ֆիզիկական մեծությամբ՝ էներգիայով։

Էներգիան նյութի շարժման բոլոր ձևերի և դրանց փոխազդեցության տարբերակների սկալային ֆիզիկական մեծությունն է:

Ինչ է մեխանիկական էներգիան

Մեխանիկական էներգիան սկալյար ֆիզիկական մեծություն է, որը որոշում է մարմնի աշխատանքը կատարելու ունակությունը:

A = ∆E

Քանի որ էներգիան ժամանակի որոշակի կետում համակարգի վիճակի հատկանիշն է, աշխատանքը համակարգի վիճակի փոփոխման գործընթացի հատկանիշն է:

Էներգիան և աշխատանքը ունեն նույն չափման միավորները. [A] = [E] = 1 Ջ.

Մեխանիկական էներգիայի տեսակները

Մեխանիկական ազատ էներգիան բաժանվում է երկու տեսակի՝ կինետիկ և պոտենցիալ։

Կինետիկ էներգիամարմնի մեխանիկական էներգիան է, որը որոշվում է նրա շարժման արագությամբ։

E k = 1 / 2 մվ 2

Կինետիկ էներգիան բնորոշ է շարժական մարմիններին: Երբ կանգ են առնում, կատարում են մեխանիկական աշխատանք։

Տարբեր հղման շրջանակներում նույն մարմնի արագությունները ժամանակի կամայական պահին կարող են տարբեր լինել: Հետևաբար, կինետիկ էներգիան հարաբերական արժեք է, այն որոշվում է հղման համակարգի ընտրությամբ։

Եթե շարժման ընթացքում մարմնի վրա ուժ է գործում (կամ մի քանի ուժեր միաժամանակ), ապա մարմնի կինետիկ էներգիան փոխվում է՝ մարմինը արագանում է կամ կանգ է առնում։ Այս դեպքում ուժի աշխատանքը կամ մարմնի վրա կիրառվող բոլոր ուժերի արդյունքի աշխատանքը հավասար կլինի կինետիկ էներգիաների տարբերությանը.

A = E k1 - E k 2 = ∆Е k

Այս հայտարարությանը և բանաձևին տրվել է անուն. կինետիկ էներգիայի թեորեմ.

Պոտենցիալ էներգիաանվանել մարմինների փոխազդեցության արդյունքում ստացված էներգիան.

Մարմնի քաշի անկման ժամանակ մբարձրից հգրավիտացիան կատարում է գործը: Քանի որ աշխատանքը և էներգիայի փոփոխությունը կապված են հավասարման միջոցով, դուք կարող եք բանաձև գրել գրավիտացիոն դաշտում գտնվող մարմնի պոտենցիալ էներգիայի համար.

E p = մգհ

Ի տարբերություն կինետիկ էներգիայի Ե կներուժ E pկարող է բացասական լինել, երբ հ<0 (օրինակ՝ ջրհորի հատակին ընկած մարմին)։

Մեխանիկական պոտենցիալ էներգիայի մեկ այլ տեսակ դեֆորմացիայի էներգիան է: Սեղմված է հեռավորության վրա xգարուն կոշտությամբ կունի պոտենցիալ էներգիա (դեֆորմացիայի էներգիա).

E p = 1/2 kx 2

Դեֆորմացիայի էներգիան լայն կիրառություն է գտել գործնականում (խաղալիքներ), տեխնիկայում՝ ավտոմատ մեքենաներ, ռելեներ և այլն։

E = E p + E k

Լրիվ մեխանիկական էներգիամարմինները կոչվում են էներգիաների գումար՝ կինետիկ և պոտենցիալ։

Մեխանիկական էներգիայի պահպանման օրենքը

19-րդ դարի կեսերին անգլիացի ֆիզիկոս Ջուլի և գերմանացի ֆիզիկոս Մայերի կողմից իրականացված ամենաճշգրիտ փորձերից մի քանիսը ցույց տվեցին, որ փակ համակարգերում էներգիայի քանակը մնում է անփոփոխ։ Այն անցնում է միայն մի մարմնից մյուսը: Այս ուսումնասիրությունները օգնեցին բացահայտել էներգիայի պահպանման օրենքը:

Մարմինների մեկուսացված համակարգի ընդհանուր մեխանիկական էներգիան մնում է հաստատուն մարմինների միմյանց հետ փոխազդեցության համար:

Ի տարբերություն իմպուլսի, որը չունի համարժեք ձև, էներգիան ունի բազմաթիվ ձևեր՝ մեխանիկական, ջերմային, մոլեկուլային շարժման էներգիա, էլեկտրական էներգիա լիցքերի փոխազդեցության ուժերի հետ և այլն։ Էներգիայի մի ձևը կարող է փոխակերպվել մյուսի, օրինակ՝ ավտոմեքենայի արգելակման ժամանակ կինետիկ էներգիան վերածվում է ջերմային էներգիայի։ Եթե չկան շփման ուժեր, և ջերմություն չի առաջանում, ապա ընդհանուր մեխանիկական էներգիան չի կորչում, այլ մնում է հաստատուն մարմինների շարժման կամ փոխազդեցության գործընթացում.

E = E p + E k = Const

Երբ գործում է մարմինների միջև շփման ուժը, ապա տեղի է ունենում մեխանիկական էներգիայի նվազում, սակայն այս դեպքում էլ այն առանց հետքի չի կորչում, այլ անցնում է ջերմության (ներքին)։ Եթե արտաքին ուժը աշխատանք է կատարում փակ համակարգի վրա, ապա կա մեխանիկական էներգիայի ավելացում այս ուժի կատարած աշխատանքի քանակով: Եթե փակ համակարգը աշխատանք է կատարում արտաքին մարմինների վրա, ապա համակարգի մեխանիկական էներգիան կրճատվում է նրա կատարած աշխատանքի քանակով։
Էներգիայի յուրաքանչյուր տեսակ կարող է ամբողջությամբ վերածվել ցանկացած այլ տեսակի էներգիայի:

Հետևաբար,

Մարմնի կատարած աշխատանքը մինչև լրիվ կանգ առնելը հավասար է.

Այսպիսով, փոխակերպվող շարժվող մարմնի կինետիկ էներգիան հավասար է այս մարմնի զանգվածի արտադրյալի կեսին իր արագության քառակուսիով.

Բանաձևից (3.7) երևում է, որ մարմնի կինետիկ էներգիան չի կարող բացասական լինել ():

Եթե համակարգը բաղկացած է nթարգմանաբար շարժվող մարմինները, ապա այն կանգնեցնելու համար անհրաժեշտ է արգելակել այդ մարմիններից յուրաքանչյուրը։ Հետևաբար, մեխանիկական համակարգի ընդհանուր կինետիկ էներգիան հավասար է դրանում ընդգրկված բոլոր մարմինների կինետիկ էներգիաների գումարին.

Արագությունները հիմնականում կախված են հղման շրջանակի ընտրությունից: (3.7) և (3.8) բանաձևերը դուրս բերելիս ենթադրվում էր, որ շարժումը դիտարկվում է հղման իներցիոն համակարգում, քանի որ. հակառակ դեպքում անհնար կլիներ օգտագործել Նյուտոնի օրենքները: Այնուամենայնիվ, տարբեր իներցիոն հղման շրջանակներում միմյանց համեմատ շարժվող արագությունը ես- Համակարգի մարմինը, և, հետևաբար, նրա և ամբողջ համակարգի կինետիկ էներգիան անհավասար կլինեն: Այսպիսով, համակարգի կինետիկ էներգիան կախված է հղման շրջանակի ընտրությունից, այսինքն. արժեքն է ազգական.

Պոտենցիալ էներգիա- սա մարմինների համակարգի մեխանիկական էներգիան է, որը որոշվում է նրանց փոխադարձ դասավորությամբ և նրանց միջև փոխազդեցության ուժերի բնույթով:

Թվային առումով, համակարգի պոտենցիալ էներգիան իր տվյալ դիրքում հավասար է աշխատանքին, որը կկատարեն համակարգի վրա ազդող ուժերը, երբ համակարգը տեղափոխվում է այս դիրքից այնտեղ, որտեղ պոտենցիալ էներգիան պայմանականորեն ենթադրվում է զրո ( E n= 0): «Պոտենցիալ էներգիա» հասկացությունը տեղի է ունենում միայն պահպանողական համակարգերի համար, այսինքն. համակարգեր, որոնցում գործող ուժերի աշխատանքը կախված է միայն համակարգի սկզբնական և վերջնական դիրքից։ Այսպիսով, բեռի կշռման համար Պբարձրացված բարձրության վրա հպոտենցիալ էներգիան հավասար կլինի ( E n= 0 համար հ= 0); զսպանակին կցված բեռի համար, որտեղ է զսպանակի երկարացումը (սեղմումը), կ- դրա կոշտության գործակիցը ( E n= 0 համար լ= 0); զանգված ունեցող երկու մասնիկների համար մ 1և մ 2ձգվել է համընդհանուր ձգողության օրենքով, որտեղ γ - գրավիտացիոն հաստատուն, rԱրդյո՞ք հեռավորությունը մասնիկների միջև ( E n= 0 համար):

Դիտարկենք Երկրի պոտենցիալ էներգիան՝ զանգվածով մարմին մբարձրացված բարձրության վրա հԵրկրի մակերեւույթից վեր։ Նման համակարգի պոտենցիալ էներգիայի նվազումը չափվում է Երկրի վրա մարմնի ազատ անկման ժամանակ կատարվող ծանրության ուժերի աշխատանքով։ Եթե մարմինը ընկնում է ուղղահայաց, ապա

որտեղ E no-ն համակարգի պոտենցիալ էներգիան է հ= 0 («-» նշանը ցույց է տալիս, որ աշխատանքը կատարվում է պոտենցիալ էներգիայի կորստի պատճառով):

Եթե նույն մարմինն ընկնում է երկարությամբ թեք հարթության վրա լև դեպի ուղղահայաց թեքության անկյունով (, ապա գրավիտացիոն ուժերի աշխատանքը հավասար է նախորդ արժեքին.

Ամբողջ կորագիծ ուղու վրա գրավիտացիոն ուժերի աշխատանքը ակնհայտորեն հավասար է.

Այսպիսով, պոտենցիալ (պահպանողական) ուժերի դաշտում գտնվող մարմինը ունի պոտենցիալ էներգիա: Համակարգի կազմաձևման անսահման փոքր փոփոխության դեպքում պահպանողական ուժերի աշխատանքը հավասար է պոտենցիալ էներգիայի ավելացմանը, որը վերցված է մինուս նշանով, քանի որ աշխատանքը կատարվում է պոտենցիալ էներգիայի նվազման պատճառով.

Իր հերթին աշխատել dAարտահայտվում է որպես ուժի և տեղաշարժի կետային արտադրյալ, ուստի վերջին արտահայտությունը կարելի է գրել հետևյալ կերպ. Ընդհանուր մեխանիկական էներգիաՀամակարգի W-ը հավասար է նրա կինետիկ և պոտենցիալ էներգիաների գումարին.

Համակարգի պոտենցիալ էներգիայի սահմանումից և դիտարկված օրինակներից կարելի է տեսնել, որ այս էներգիան, ինչպես կինետիկ էներգիան, համակարգի վիճակի ֆունկցիան է. այն կախված է միայն համակարգի կազմաձևից և նրա դիրքից։ կապը արտաքին մարմինների հետ. Հետևաբար, համակարգի ընդհանուր մեխանիկական էներգիան նույնպես համակարգի վիճակի ֆունկցիա է, այսինքն. կախված է միայն համակարգի բոլոր մարմինների դիրքից և արագություններից: