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

Классическая механика

Потенциальная энергия упругой деформации.

Потенциальной энергией может обладать не только система взаимодействующих тел, но и отдельно взятое упруго деформированное тело (например, сжатая или растянутая пружина и т.п.).

В этом случае потенциальная энергия зависит от взаимного расположения отдельных частей тела (например, от расстояния между соседними витками пружины). Возьмем материальную точку , закрепленную на конце пружины. Положение этой точки будет описываться радиус-вектором , на неё действует возвращающая сила упругой деформации . Вычислим элементарную работу, которую необходимо затратить на дополнительное растяжение пружины на величину . Эта работа увеличит запас потенциальной энергии на .

.

Итак, мы получили формулу для потенциальной энергии упруго сжатой или растянутой пружины.

  – потенциальная энергия, обусловленная действием сил упругости.

Потенциальные кривые. Потенциальные ямы и барьеры

Потенциальная кривая – это кривая, выражающая зависимость потенциальной энергии от координаты. Потенциальные кривые позволяют качественно описать характер движения тела. Приведем примеры потенциальных кривых:

 Круговым процессом (или циклом) называется процесс, при котором система, пройдя через ряд состояний, возвращается в исходное. На диаграмме процессов цикл изображается замкнутой кривой. Если за цикл совершается положительная работа (цикл протекает по часовой стрелке), то он называется прямым, если за цикл совершается отрицательная работа  (цикл протекает против часовой стрелки), то он называется обратным. Прямой цикл используется в тепловых двигателях — периодически действующих двигателях, совершающих работу за счет полученной извне теплоты. Обратный цикл

используется в холодильных машинах — периодически действующих установках, в которых за счет работы внешних сил теплота переносится к телу с более высокой температурой. Термический коэффициент полезного действия для кругового процесса: , где - количество теплоты, полученное системой,  - количество теплоты, отданное системой. Термодинамический процесс называется обратимым, если он может происходить как в прямом, так и в обратном направлении, причем если такой процесс происходит сначала в прямом, а затем в обратном направлении и система возвращается в исходное состояние, то в окружающей среде и в этой системе не происходит никаких изменений. Всякий процесс, не удовлетворяющий этим условиям, является необратимым. Отношение теплоты Q, полученной телом в изотермическом процессе, к температуре Т теплоотдающего тела, называется приведенным количеством теплоты: . Приведенное количество теплоты, сообщаемое телу в любом обратимом круговом процессе, равно нулю: . Функция состояния, дифференциалом которой является , называется энтропией и обозначается . Для обратимых процессов: ; для необратимых процессов:  (соотношения приведены для замкнутых систем). Неравенство Клаузиуса , т. е. энтропия замкнутой системы может либо возрастать (в случае необратимых процессов), либо оставаться постоянной (в случае обратимых процессов). Приведем примеры изменения энтропии для изопроцессов. Адиабатический процесс: ; изотермический процесс: ; изохорический процесс: .

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