Cтраница 3
Для системы тело - Земля сила тяжести является внутренней силой. Работа, совершаемая силой тяжести при перемещении тела из одной точки в другую, равна изменению кинетической энергии тела: ЛД. [31]
Произведение силы на пройденный путь и на косинус угла между направлением силы и направлением движения ( скорости) называется работой силы на этом участке траектории. Формула (1.33) показывает, что работа, совершаемая силой на некотором конечном участке траектории, равна изменению кинетической энергии тела, к которому эта сила приложена. Разумеется, Р есть равнодействующая всех сил, действующих на данное тело. [32]
Очевидно, U3 и Ui показывают, какую работу совершат потенциальные силы при перемещении тела В из г3 или г на бесконечность. Энергетическое расстояние между t / i и U3, равное Ui - U3, показывает, какую минимальную работу надо совершить внешним силам, чтобы перенести тело В из точки г3 ( со дна потенциальной ямы) в точку Г ] ( на вершину потенциального барьера) в отсутствие непотенциальных сил и без изменения кинетической энергии тела В. [33]
Изменение импульса тела равно импульсу силы тяжести. Так как силы, действующие на камень и Землю, равны и действуют одинаковое время, то равны и изменения импульса этих тел. Изменение кинетической энергии тела равно работе сил тяготения. Силы равны, но пути, пройденные камнем и Землей, обратно пропорциональны их массам. Именно поэтому закон сохранения энергии можно записать в форме, не учитывающей изменения кинетической энергии Земли: / даг / 2 Еп const, где т-масса камня, а Еп - потенциальная энергия взаимодействия. [34]
Таким образом, проявления свойств материи, соответствующих массе и энергии, бесспорно различны. Однако теория относительности утверждает, что масса и энергия неразрывно друг с другом связаны и притом пропорциональны друг другу. Всякое изменение энергии системы сопровождается изменением ее инертной массы. Это относится не только к изменениям кинетической энергии тела, при которых масса покоя остается неизменной, но и к изменениям различных видов внутренней энергии, при которых масса покоя меняется. [35]
Иначе обстоит дело с кинетической энергией, которая в разных системах отсчета имеет различное значение. Поэтому механическая энергия системы тел, равная сумме кинетической и потенциальной энергией, не одинакова в разных инерциальных системах отсчета и отличается на некоторую постоянную величину. Не только кинетическая энергия тела, но и разность кинетических энергий этого тела изменяется при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Поэтому работа, совершаемая внешней силой и равная изменению кинетической энергии тела, не одинакова в разных инерциальных системах отсчета. [36]
Существует качественная неравноценность между совершением работы и теплообменом как способами обмена энергией между макроскопическими системами. Совершение работы над системой может изме-нить любой вид энергии системы. Например, при быстром сжатии газа в сосуде с подвижным поршнем работа, совершаемая над тазом внешними силами, неликом идет на увеличение внутренней энергии газа. При пеупругом соударении двух тел часть совершенной работы идет на изменение кинетической энергии тел, а часть работы на изменение внутренней энергии тел. При этом увеличивается внутренняя энергия системы. К такому выводу приводит изучение механизма теплообмена. Рассмотрим, например, соприкосновение двух тел, имеющих различные температуры. [37]
Существует качественная неравноценность между совершением работы и теплообменом как способами обмена энергией между макроскопическими системами. Совершение работы над системой может изменить любой вид энергии системы. Например, при быстром сжатии газа в сосуде с подвижным поршнем работа, совершаемая над газом внешними силами, целиком идет на увеличение внутренней энергии газа. При неупругом соударении двух тел часть совершенной работы идет на изменение кинетической энергии тел, а часть работы на изменение внутренней энергии тел. [38]
Аналогичный вопрос возникает в связи с понятиями массы и энергии в теории относительности. Проявления свойств материи, соответствующих массе и энергии, бесспорно различны. Но теория относительности утверждает, что эти свойства неразрывно связаны, а численные характеристики этих свойств пропорциональны друг другу. Всякое изменение энергии системы сопровождается эквивалентным изменением ее массы. Это относится как к изменениям кинетической энергии тела, при которых масса покоя остается неизменной, так и к изменениям различных видов внутренней энергии, при которых масса покоя меняется. [39]