механика Ньютона Механическая энергия Реактивное движение Механическая энергия Законы Кеплера Вынужденные колебания Стоячие волны Молекулярная физика и термодинамика

Классическая механика

Потенциальная энергия (или энергия положения тел) определяется действием на тело консервативных сил и зависит только от положения тела.

Мы видели, что работу силы тяжести  при криволинейном движении материальной точки  можно представить в виде разности значений функции , взятых в точке 1 и в точке 2:

.

Оказывается, что всегда, когда силы консервативны, работу этих сил на пути 12 можно представить в виде:

.

Функция , которая зависит только от положения тела – называется потенциальной энергией.

 Тогда для элементарной работы получим

   – работа равна убыли потенциальной энергии.

Иначе можно сказать, что работа совершается за счёт запаса потенциальной энергии.

Величину , равную сумме кинетической и потенциальной энергий частицы, называют полной механической энергией тела:

  – полная механическая энергия тела.

В заключении заметим, что используя второй закон Ньютона , дифференциал кинетической энергии  можно представить в виде:

.

Дифференциал потенциальной энергии , как указывали выше, равен:

.

Таким образом, если сила  – консервативная сила и отсутствуют другие внешние силы, то , т.е. в этом случае полная механическая энергия тела сохраняется.

 Внутренняя энергия - энергия хаотического (теплового) движения микрочастиц системы (молекул, атомов, электронов, ядер и т. д.) и энергия взаимодействия этих частиц. к внутренней энергии не относятся кинетическая энергия движения системы как целого и потенциальная энергия системы во внешних полях.

Число степеней свободы  - число независимых переменных (координат), полностью определяющих положение системы в пространстве. Для одноатомной молекулы , для двухатомной молекулы . Закон Больцмана о равномерном распределении энергии по степеням свободы молекул: для статистической системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия, на каждую поступательную и вращательную степени свободы приходится в среднем кинетическая энергия, равная , а на каждую колебательную степень свободы — в среднем энергия, равная . Средняя энергия молекулы , где  - сумма числа поступательных, числа вращательных и удвоенного числа колебательных степеней свободы. Внутренняя энергия идеального газа: .

Моментом импульса материальной точки  относительно неподвижной точки  называется физическая величина, равная: , где  - радиус-вектор, проведенный из точки  в точку ;  - импульс материальной точки . Момент импульса твердого тела относительно оси равен произведению момента инерции тела относительно той же оси на угловую скорость: . Форма уравнения динамики вращательного движения твердого тела относительно неподвижной оси: . Имеет место векторное равенство:  . Для упругих продольных деформаций однородного стержня справедлив закон Гука: , где:  - абсолютная деформация;  - начальная длина стержня;  - модуль Юнга;  - деформирующая сила;  - площадь поперечного сечения тела.
Основы термодинамики