В общем случае энергия характеризует движение и взаимодействие различных видов материи. Механическая энергия - это величина, характеризующая относительное движение тел и их взаимодействие, их способность выполнять работу.
Работа связана с перемещением, поэтому она может осуществляться только при условии, что тела движутся. Если работа выполняется во время движения тел, взаимодействующих, меняется их взаимное положение. Кроме того, в результате осуществления работы может изменяться скорость тел. Т.е. тело может выполнить работу только в случае изменения своего механического состояния: меняется или взаимное положение тел, или их скорости, или и то и другое.
Когда мяч падает вниз, меняется его положение относительно Земли. В случае деформации пружины изменяется взаимное положение частиц, взаимодействующих и из которых состоит вещество пружины.
Способность тела выполнять работу вследствие изменения своего состояния характеризуют физической величиной, которая называется энергией.
Механическая энергия тела определяется механическим состоянием тела, т.е. взаимным положением тел и их скоростей. Если тело выполняет позитивную работу вследствие изменения своего механического состояния, механическая энергия тела уменьшается.
Поскольку мере изменения энергии является работа, то энергия измеряется в тех же единицах, что ? работа. Следовательно, единицей измерения энергии в СИ является джоуль. Например, если система выполняет позитивную работу в 1 Дж, энергия системы уменьшается на 1 Дж.
Таким образом, работа в отличие от энергии, характеризует не состояние тела в определенной системе отсчета, а процесс перехода тела из одного состояния в другое.
Кинетическая энергия
Вычислим работу постоянной силы F, действующей на тело массой m в случае, когда тело движется прямолинейно и направление силы совпадает с направлением скорости. Энергия, которой тело вследствие своего движения, называется кинетической энергией.
Необходимо обратить внимание учащихся на то, что значение кинетической энергии зависит от выбора системы отсчета, ведь кинетическая энергия тела зависит от его скорости, а скорость тела в разных системах отсчета различна. Если система отсчета однозначно не указывается, обычно имеют в виду систему отсчета, связанную с Землей. С учетом определения кинетической энергии можно записать:
A = Wt-WM = AWk.
Итак, r работа силы равна изменению кинетической энергии тела.
Это утверждение называют теоремой о кинетической энергии. Если в начальный момент времени тело неподвижно, то
В этом заключается физический смысл кинетической энергии:
Кинетическая энергия тела массой т, движущегося со скоростью v, равна работе, которую выполняет сила, чтобы передать телу, находится в состоянии покоя, эту скорость.
Кинетическая энергия увеличивается, если работа силы положительна, и уменьшается вследствие отрицательной работы.