Повна механічна енергія тіл і систем

Величина, яка прирівнюється до половині від твору маси даного тіла на швидкість цього тіла в квадраті, називається у фізиці кінетичної енергією тіла або енергією дії. Зміна або непостійність кінетичної або рушійною енергії тіла за деякий час буде дорівнює роботі, яка була здійснена за даний час певною силою, що діє на дане тіло. Якщо робота будь-якої сили по замкнутій траєкторії будь-якого типу буде дорівнює нулю, то силу такого роду називають потенційною силою. Робота таких потенційних сил не буде залежати від того, по якій траєкторії рухається тіло. Така робота визначається початковим положенням тіла і його кінцевим положенням. Точка початку відліку або нуль для потенційної енергії може бути обрана абсолютно довільно. Величина, яка дорівнюватиме роботі, досконалої потенційною силою для переміщення тіла з даного положення в нульову точку, називається у фізиці потенційною енергією тіла або енергією стану.

Для різних видів сил у фізиці існують різні формули обчислення потенційної або стаціонарної енергії тіла.

Робота, здійснена потенційними силами, буде дорівнює зміні даної потенційної енергії, яке має бути взято за протилежним знаком.

Якщо скласти кінетичну і потенційну енергію тіла, то вийде величина, яка називається повна механічна енергія тіла. У положенні, коли система декількох тіл є консервативною, для неї справедливий закон збереження або сталості механічної енергії. Консервативна система тіл - це така система тіл, яка схильна до дії тільки лише тих потенційних сил, що не залежать від часу.

Закон збереження або сталості механічної енергії звучить так: «Під час будь-яких процесів, які відбуваються в деякій системі тіл, її повна механічна енергія завжди залишається незмінною». Таким чином, повна або вся механічна енергія будь-якого тіла або будь-якої системи тіл залишається постійною, якщо ця система тіл є консервативною.

Механічна енергія будь-якої системи, яка складається з n точок, безперервно взаємодіючих між собою, дорівнює сумі потенційної стаціонарної і кінетичної рушійною енергії системи точок. Якщо система цих точок знаходиться в зовнішньому полі, в якому діють консервативні або постійні сили, то тоді повна механічна енергія даної системи прирівнюється до суми потенційної стаціонарної і кінетичної рушійною енергії з додаванням до неї потенційної енергії даної системи в зовнішньому полі. Якщо в системі присутні і неконсерватівние сили, тоді повна механічна енергія системи не може зберегтися, а починає спадати і її спад дорівнює роботі неконсервативних сил в цій системі.

Якщо на частку в системі діятимуть тільки неконсерватівние сили, то сума потенційної і кінетичної енергії буде зберігатися. Але при цьому можливі взаємоперетворення енергій в системі. Потенційна енергія може перетворитися в кінетичну, а кінетична - в потенційну енергію.

Закон збереження або сталості повної або всієї механічної енергії завжди інваріантний, тобто не змінюється його форма запису, навіть при зміні початкової точки відліку часу. Це є наслідком із закону однорідності часу.

Коли на систему починають діяти дисипативні сили, наприклад, такі як сила тертя, то настає поступове зменшення або спадання механічної енергії цієї замкнутої системи. Такий процес називається диссипация енергії. Дисипативна система - це система, енергія в якій може зменшуватися з плином часу. Під час диссипации відбувається повне перетворення механічної енергії системи в іншу. Це повністю відповідає загальному закону енергії. Таким чином, у природі немає повністю консервативних систем. Обов`язково в будь-якій системі тіл або матеріальних точок буде мати місце та чи інша диссипативная сила.