Існують різні види енергії, такі як механічна, внутрішня, ядерна і т.д. В процесі взаємодії тел форми руху матерії, і тим самим вид енергії, можуть змінюватися, але у всіх випадках енергія, віддана (в тій чи іншій формі) одним тілом іншого тіла, дорівнює енергії, отриманої останнім.
Робота є кількісною мірою зміни енергії тіла (системи тіл) при переході його з одного енергетичного стану в інший. Тому можна сказати, що енергія тіла (системи тіл) характеризує його здатність виконати роботу (енергія тіла - це його працездатність).
Зміна механічного руху тіла викликається силами, що діють на нього з боку інших тіл, тому в механіці вводиться поняття роботи сили.
Робота і енергія - різні фізичні величини, незважаючи на те, що вони мають однакові одиниці виміру.
Для прямолінійно рухомого тіла і постійної сили F (рис. 15) робота. де кут між і.
Але може змінитися як по модулю, так і за напрямком. Тоді вводиться поняття елементарної роботи як dA = =; де - кут між і. - проекція на. і передбачається, що на шляху ds (при елементарних переміщеннях) сила залишається постійною:
Тоді на ділянці траєкторії від точки 1 до точки 2 повна робота:
або графічно представляється площею заштрихованої фігури на рис.16.
Таким чином, робота dA = або - скалярна величина, яка являє собою скалярний добуток двох векторів.
В системі СІ одиницею енергії (роботи) є джоуль (Дж).
1 Дж - це така робота, яку здійснює сила 1 Ньютон, пересуваючи тіло у напрямку впливу сили на відстань 1 метр (1Дж = 1Н. 1м) [4].
Швидкість здійснення роботи характеризується потужністю (N), яка являє собою першу похідну роботи за часом і дорівнює роботі, яку здійснюють за одиницю часу.
. або як скалярний добуток векторів сили і швидкості
1 Вт - це така потужність, при якій за час 1с відбувається робота 1 Дж (1Вт = 1Дж / 1с).
Якщо силу, як прискорення, розкласти на тангенціальну і нормальну складові (і), то не здійснює роботу, так як для неї і тому робота сили (рис.12).
У механіці розрізняють два види енергії: кінетичну енергіюWк (енергію механічного руху системи) і потенційну енергіюWр (енергія взаємодії). У деяких книгах потенційну енергію позначають буквою Т. а потенційну - П.
Повна механічна енергія лише частина повної енергії. про яку поговоримо при розгляді теорії відносності (див. далі).
Якщо під впливом результуючої сили відбувається елементарне зміна швидкості тіл від до. то відбувається позитивна робота, яка дорівнює приросту кінетичної енергії тіла: dA = d Wк.
Тоді, використовуючи другий закон Ньютона (1) і з огляду на, що = і. отримуємо для елементарної роботи:
. а повна робота
Кінетична енергія системи залежить тільки від m і # 965 ;, тобто Wк системи є функція стану її руху, і так як в різних інерційних системах відліку # 965; різний, то Wк теж залежить від вибору системи відліку.
Потенційна енергія - це механічна енергія системи тіл, що визначається їх взаємним розташуванням (або взаємним розташуванням різних частин фізичного тіла) і характером сил взаємодії між ними. Вона залежить від конфігурації тіл системи і тісно пов'язана з існуванням силових полів (гравітаційних, електричних і ін.).
Кількість потенційної енергії, яка визначається взаємним розташуванням тіл, демонструють досліди піднімання вантажу на різній висоті в гравітаційному полі Землі. Зміна потенційної енергії, яка визначається взаємним розташуванням різних частин фізичного тіла, можна показати на прикладі стиснення пружини.
Якщо робота, що здійснюються силами поля при переміщенні тіла з одного положення в інше, не залежить від траєкторії, а залежить тільки від початкового і кінцевого положення переміщеного тіла, то такі поля називаються потенційними. а сили - консервативними. Прикладом потенційних полів можуть служити гравітаційні, електричні поля зарядів, пружні і ін. Поля. Якщо ж така робота залежить від траєкторії. то такі сили називаються дисипативні або неконсерватівние (наприклад, сили тертя).