Версия 10:31, 11 июня 2015

Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 10 класс>>Физика: Кинетическая энергия и ее изменение

Кинетическая энергия

Кинетической энергией называется такая энергия, которой тело обладает вследствие своего движения.

Если говорить простым языком, то под понятием кинетической энергии следует подразумевать только ту энергию, которую имеет тело при движении. Если же тело находится в состоянии покоя, то есть, совершенно не движется, то в этом случае кинетическая энергия равна нулю.

Кинетическая энергия равняется той работе, которую она должна затратить, чтобы вывести тело из состояния покоя в состояние движения с какой-то скоростью.

Таким образом кинетическая энергия является разностью между полной энергией системы и её энергией покоя. Другими словами можно сказать, что кинетическая энергия - это часть полной энергии, обусловленная движением.

Давайте попробуем разобраться в понятии кинетической энергии тела. На примере движения шайбы по льду, попробуем понять связь между величиной кинетической энергии и работой, которую нужно совершить, чтобы вывести шайбу из состояния покоя и привести ее в движение, имеющее некоторую скорость.

Пример

Играющий на льду хоккеист, ударив клюшкой по шайбе сообщает ей скорость, а следовательно и кинетическую энергию. Сразу после удара клюшкой, шайба начинает очень быстрое движение, но постепенно ее скорость замедляется и наконец, она совсем останавливается. Это говорит о том, что уменьшение скорости явилось результатом силы трения, происходящей между поверхностью и шайбой. В этом случае сила трения направлена против движения и действия этой силы сопровождаются перемещением. Тело же использует имеющую механическую энергию, совершая работу против силы трения.

Из этого примера мы видим, что кинетическая энергия является той энергией, которую получает тело вследствие своего движения.

Отсюда следует, что кинетическая энергия тела, которая имеет определенную массу, движется со скоростью равной той работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость:

Кинетическая энергия является энергией движущегося тела, которая равняется произведению массы тела на квадрат его скорости, деленной пополам.

Свойства кинетической энергии

К свойствам кинетической энергии относятся: аддитивность, инвариантность по отношению к повороту системы отсчета и сохранение.

Такое свойство, как аддитивность представляет собой кинетическую энергию механической системы, которая слагается из материальных точек и равняется сумме кинетических энергий всех материальных точек, которые входят в эту систему.

Свойство инвариантности по отношению к повороту системы отсчета обозначает, что кинетическая энергия не зависит от положения точки и направления её скорости. Ее зависимость распространяется лишь от модуля или от квадрата её скорости.

Свойство сохранения обозначает, что кинетическая энергия при взаимодействиях, изменяющих лишь механические характеристики системы, совершенно не изменяется.

Это свойство неизменно по отношению к преобразованиям Галилея. Свойства сохранения кинетической энергии и второго закона Ньютона будет вполне достаточно, чтобы вывести математическую формулу кинетической энергии.

Соотношение кинетической и внутренней энергии

Но существует такая интересная дилемма, как то, что кинетическая энергия является зависимой от того, с каких позиций рассматривать эту систему. Если, например, мы берем объект, который можно рассмотреть только под микроскопом, то, как единое целое, это тело неподвижно, хотя существует и внутренняя энергия. Но в этом случае кинетическая энергия появляется только тогда, когда это тело движется, как единое целое.

То же тело, если рассматривать на микроскопическом уровне, обладает внутренней энергией, обусловленной движением атомов и молекул, из которых оно состоит. А абсолютная температура такого тела будет пропорциональна средней кинетической энергии такого движения атомов и молекул.