Кінетична енергія і її зміна
Кінетична енергія
Кінетична енергія - це енергія тіла, яку воно має внаслідок свого руху.
Якщо говорити простою мовою, то під поняттям кінетичної енергії слід мати на увазі тільки ту енергію, яку має тіло при русі. Якщо ж тіло перебуває в стані спокою, тобто, абсолютно не рухається, тоді кінетична енергія буде дорівнювати нулю.
Кінетична енергія дорівнює тій роботі, яку вона повинна витратити, щоб вивести тіло з стану спокою в стан руху з якоюсь швидкістю.
Отже, кінетична енергія є різницею між повною енергією системи і її енергією спокою. Інакше кажучи, що кінетична енергія буде частиною повної енергії, яка обумовлена рухом.
Давайте спробуємо розібратися в понятті кінетичної енергії тіла. Для прикладу візьмемо рух шайби по льоду і спробуємо зрозуміти зв'язок між величиною кінетичної енергії і роботою, яка повинна бути виконана, щоб вивести шайбу зі стану спокою і привести її в рух, що має деяку швидкість.
Граючий на льоду хокеїст, вдаривши ключкою по шайбі повідомляє їй швидкість, а так і кінетичну енергію. Відразу після удару ключкою, шайба починає дуже швидкий рух, але поступово її швидкість сповільнюється і нарешті, вона зовсім зупиняється. Це означає, що зменшення швидкості стало результатом сили тертя, що відбувається між поверхнею і шайбою. Тоді сила тертя буде спрямована проти руху і дії цієї сили супроводжуються переміщенням. Тіло ж використовує має механічну енергію, виконуючи роботу проти сили тертя.
З цього прикладу ми бачимо, що кінетична енергія буде тією енергією, яку тіло отримує в результаті свого руху.
Отже, кінетична енергія тіла, що має певну масу, буде рухатися зі швидкістю рівною тій роботі, яку повинна виконати сила, прикладена до покоїться тіла, щоб повідомити йому цю швидкість:
Кінетична енергія є енергією рухомого тіла, яка дорівнює добутку маси тіла на квадрат його швидкості, поділеній навпіл.
Властивості кінетичної енергії
До властивостей кінетичної енергії відносяться: адитивність, інваріантність по відношенню до повороту системи відліку і збереження.
Така властивість, як адитивність являє собою кінетичну енергію механічної системи, яка складається з матеріальних точок і буде дорівнює сумі кінетичних енергій всіх матеріальних точок, які входять в цю систему.
Властивість інваріантності по відношенню до повороту системи відліку означає, що кінетична енергія не залежить від положення точки і напрямки її швидкості. Її залежність поширюється лише від модуля або від квадрата її швидкості.
Властивість збереження позначає, що кінетична енергія при взаємодіях, що змінюють лише механічні характеристики системи, абсолютно не змінюється.
Це властивість незмінно по відношенню до перетворень Галілея. Властивості збереження кінетичної енергії і другого закону Ньютона буде цілком достатньо, для виведення математичної формули кінетичної енергії.
Співвідношення кінетичної і внутрішньої енергії
Але існує така цікава дилема, як то, що кінетична енергія може бути залежною від того, з яких позицій розглядати цю систему. Якщо, наприклад, ми беремо об'єкт, який можна розглянути тільки під мікроскопом, то, як єдине ціле, це тіло нерухомо, хоча існує і внутрішня енергія. При таких умовах кінетична енергія з'являється тільки тоді, коли це тіло рухається, як єдине ціле.
Те ж тіло, якщо розглядати на мікроскопічному рівні, має внутрішню енергію, обумовленої рухом атомів і молекул, з яких воно складається. А абсолютна температура такого тіла буде пропорційна середньої кінетичної енергії такого руху атомів і молекул.