Для приведення будь-якого тіла в рух обов'язковою умовою є твір роботи. При цьому, для виконання даної роботи необхідно витратити деяку енергію.
Енергія характеризує тіло з точки зору можливості виробляти роботу. Одиницею вимірювання енергії є Джоуль, скорочено [Дж].
Повна енергія будь-якої механічної системи еквівалентна сумарним значенням потенційної і кінетичної енергії. Тому, прийнято виділяти потенційну і кінетичну енергію в якості різновидів механічної енергії.
Якщо мова ведеться про біомеханічних системах, то повна енергія таких систем полягає додатково з теплової та енергії обмінних процесів.
В ізольованих системах тіл, коли на них діють лише сила тяжіння і пружності, величина повної енергії незмінна. Це твердження є законом збереження енергії.
Що ж собою являє і той, і інший вид механічної енергії?
Про потенційної енергії
Потенційна енергія це енергія, яка визначається взаємним положенням тіл, або складових цих тіл, що взаємодіють один з одним. Іншими словами, ця енергія визначається величиною відстані між тілами.
Наприклад, коли тіло падає вниз і приводить в рух навколишні тіла на шляху падіння, сила тяжіння виробляє позитивну роботу. І, навпаки, в разі підняття тіла вгору, можна говорити про виробництво негативної роботи.
Формула потенційної енергії
Отже, кожне тіло при знаходженні на певній відстані від земної поверхні має потенційну енергією. Чим більше висота і маса тіла, тим більше значення роботи, яку здійснюють тілом. У той же час, в першому прикладі, при падінні тіла вниз, потенційна енергія буде негативною, а при піднятті потенційна енергія позитивна.
Це пояснюється рівністю роботи сили тяжіння за значенням, але протилежністю по знаку зміни потенційної енергії.
Також прикладом виникнення енергії взаємодії може служити предмет, схильний до пружної деформації - стисла пружинка: При розпрямленні їй буде проводитися робота сили пружності. Тут мова йде про скоєння роботи внаслідок зміни розташування складових тіла відносно один одного при пружною деформації.
Підсумувавши інформацію, відзначимо, що абсолютно кожен предмет, на який впливає гравітація або сила пружності, буде мати енергію різниці потенціалів.
Про кінетичної енергії
Кінетичної є енергія, якою починають володіти тіла внаслідок вчинення процесу руху. Виходячи з цього, кінетична енергія тіл, що знаходяться в спокої, дорівнює нулю.
Формула кінетичної енергії
Величина цієї енергії еквівалентна величині роботи, яку потрібно зробити для виведення тіла зі стану спокою і змусити його, тим самим, рухатися. Іншими словами, кінетичну енергію можна виразити як різницю між повною енергією і енергією спокою.Робота поступального руху, яку виробляє рух тіло, безпосередньо залежить від маси і швидкості в квадраті. Робота обертального руху залежить від моменту інерції і квадрата кутової швидкості.
Повна енергія рухомих тел включає в себе обидва види виробленої роботи, її визначають, відповідно до наступного виразу:. Основні характеристики кінетичної енергії:
- адитивність - визначає кінетичну енергію як енергію системи, що складається із сукупності матеріальних точок, і рівну сумарній кінетичної енергії кожної точки цієї системи;
- инвариантностьщодо повороту системи відліку - кінетична енергія незалежна від положення і напрямку швидкості точки;
- збереження - характеристика вказує, що кінетична енергія систем незмінна при будь-яких взаємодіях, у випадках зміни тільки механічної характеристики.
Приклади тіл, які мають потенційної і кінетичної енергією
Всі предмети, підняті і знаходяться на деякій відстані від земної поверхні в нерухомому стані, здатні володіти потенційною енергією. Як приклад, це бетонна плита, піднята краном, яка знаходиться в нерухомому стані, накручена пружина.
Кінетичну енергію мають рухомі транспортні засоби, а також, в цілому, будь-який котиться предмет.
При цьому, в природі, побутових питаннях і в техніці потенційна енергія здатна переходити в кінетичну, а кінетична, в свою чергу, навпаки, в потенційну енергію.
м'яч, який кидають з деякою точки на висоті: у самому верхньому положенні потенційна енергія м'ячика максимальна, а значення кінетичної енергії дорівнює нулю, оскільки м'яч не рухається і перебуває в стані спокою. При зниженні висоти потенційна енергія відповідно поступово зменшується. Коли м'ячик досягне земної поверхні, то він покотиться; в даний момент кінетична енергія збільшується, а потенційна буде дорівнює нулю.
Деякі тіла можуть володіти в один і той же час обома різновидами механічної енергії. Як приклад наведемо воду, яка падає вниз з греблі, маятники, що летять стріли.
Висновок - чим відрізняється кінетична енергія від потенційної?
Підводячи підсумок, відзначимо, що і та, і інша енергія є різновидами механічної енергії. Головна їхня відмінність: потенційної енергією є енергія взаємодіючих тіл, що знаходяться на відстані, а кінетична є енергію руху цих тіл.
