Podsumowanie
8.1 Energia potencjalna układu
- W układzie z pojedynczym ciałem różnica energii potencjalnej jest równa ujemnej pracy wykonanej przez siły działające na cząstkę w trakcie jej przemieszczania się z jednego miejsca na drugie.
- Skoro jedynie różnica energii potencjalnej ma sens fizyczny, to zero energii może być przyjęte w dowolnym, wygodnym dla obliczeń punkcie odniesienia.
- Energia potencjalna w polu grawitacyjnym Ziemi, w pobliżu powierzchni planety oraz energia potencja sprężystości wynikająca z prawa Hooke'a są odpowiednio liniową i kwadratową funkcją położenia.
8.2 Siły zachowawcze i niezachowawcze
- Siła zachowawcza to taka, której praca nie jest zależna od drogi. Równoważnie: siła jest zachowawcza, jeśli praca po krzywej zamkniętej jest równa zero.
- Siła niezachowawcza to siła, której praca zależy od drogi.
- Przyczynek do pracy wykonanej przez siłę zachowawczą jest różniczką zupełną energii kinetycznej. Z tej zależności wynika równanie różniczkowe, które muszą spełniać siły zachowawcze.
- Każda składowa siły zachowawczej w wyróżnionym kierunku jest równa ujemnej pochodnej energii potencjalnej po danej współrzędnej kierunkowej.
8.3 Zasada zachowania energii
- Wielkość zachowana to wielkość fizyczna, która pozostaje stała, niezależnie od przebytej drogi.
- Jednym ze sposobów wyrażenia równoważności pracy i energii jest stwierdzenie, że zmiana całkowitej energii mechanicznej cząstki jest równa pracy wykonanej na niej przez siły niezachowawcze.
- Jeśli siła niezachowawcza nie wykonuje pracy i nie działają siły zewnętrzne, to energia mechaniczna cząstki pozostaje stała. Jest to twierdzenie zachowania energii mechanicznej i oznacza, że całkowita energia mechaniczna cząstki nie zmienia się.
- W ruchu w jednym wymiarze, w którym energia mechaniczna jest stała, a energia potencjalna znana, położenie cząstki w funkcji czasu może zostać wyznaczone na podstawie zasady zachowania energii.
8.4 Wykresy energii potencjalnej
- Interpretacja wykresu energii potencjalnej dla ruchu w jednym wymiarze pozwala nam otrzymać jakościowe oraz, w niektórych przypadkach, ilościowe informacje o ruchu.
- Punkt zwrotny to taki, w którym energia potencjalna zrównuje się z energią całkowitą, a energia kinetyczna jest zerowa, co oznacza, że w tym punkcie dochodzi do zmiany zwrotu wektora prędkości.
- Ujemne nachylenie stycznej do krzywej energii potencjalnej ciała jest równe składowej siły zachowawczej działającej na ciało w tym kierunku. W położeniu równowagi nachylenie stycznej wynosi zero, a o równowadze mówimy, że jest stabilna, jeśli w tym punkcie funkcja energii potencjalnej ma lokalne minimum.
8.5 Źródła energii
- Energia może być przekazywana pomiędzy układami oraz przekazywana lub zamieniana z jednego rodzaju na inny. Podstawowymi formami energii są: kinetyczna, potencjalna, cieplna oraz elektromagnetyczna.
- Odnawialne źródła energii, jak sama nazwa wskazuje, mogą zostać odnowione przez naturalne procesy w krótkim czasie. Przykładami są wiatr, woda, źródła geotermalne oraz energia słoneczna.
- Nieodnawialne źródła energii to takie, które są zużywane i nie mogą zostać odnowione lub ich regeneracja trwa bardzo długo (w porównaniu do np. życia ludzkiego). Przykładami są: paliwa kopalne oraz energia jądrowa.