Энергия упруго деформированного тела.

Деформация – изменение размеров или/и формы тела.

Деформации бывают:

1. Упругие (после прекращения действия силы размеры и форма тела полностью восстанавливаются);

2. Неупругие (после прекращения действия силы восстановление размеров и форма тела не будет полным)

Модуль силы упругости, возникающей при упругих деформациях растяжения/сжатия пружин или стержней, может быть найден из закона Гука:

,

где – величина упругой деформации (в метрах; показывает, насколько тело сжали или растянули), – коэффициент жесткости (жесткость) тела. В СИ жесткость измеряется в ньютонах на метр .

Тогда работа внешней силы по деформации упругого тела:

.

Такую же работу совершают и силы упругости при возвращении упругого тела в недеформированное состояние. Значит, потенциальная энергия упруго деформированного тела , где обозначили – величина деформации. Деформация , где – конечный и начальный размеры тела соответственно.

Зависимость величины потенциальной энергии тела от величины его деформации показана на рисунке.

37.

Энергия тела в поле силы тяжести.

Потенциальная энергия гравитационного взаимодействия тела массой m с Землей

Для определения потенциальной энергии тела, находящегося в поле сил тяжести, посчитаем работу, которую совершают эти силы при движении тела из одной точки в другую. Расчет будем вести в приближении, что поле однородно и сила тяжести постоянна (т.е. у поверхности планеты).

С ила тяжести – консервативная сила, т.е. ее работа не зависит от пройденного пути, а определяется только начальным и конечным положениями тела. Пусть сначала тело находилось на высоте h₁, а потом было перемещено на высоту h₂. Тогда работа сил тяжести , где m – масса тела, g – ускорение свободного падения, – начальная и конечная координата тела относительно поверхности планеты (высоты подъема).

Величина называется потенциальной энергией тела в поле силы тяжести, где h– высота, отсчитанная от уровня, где потенциальная энергия .

Так как начало отсчета можно выбирать произвольно, то потенциальная энергия может иметь отрицательные значения. Если, например, принять за «0» потенциальную энергию тела, находящегося на поверхности планеты, то потенциальная энергия тела, лежащего на дне ямы глубиной , будет равна (рис.)

38.

Энергия гравитационного взаимодействия.

Для двух тел массами M и m, находящихся на расстоянии r друг от друга, значение потенциальной энергии их взаимодействия определяется по формуле: , где – гравитационная постоянная.

При таком определении потенциальная энергия отрицательна и стремится к нулю при бесконечном расстоянии между телами: . Это и логично: на бесконечном расстоянии исчезает взаимодействие  исчезает и потенциальная энергия. Таким образом, за «нулевой уровень» потенциальной энергии принимается бесконечно удаленная точка.

Знак «-» в формуле означает: чтобы разнести два притягивающихся тела, например, на бесконечность, внешние силы должны совершить положительную работу, а не отрицательную. Это получается из формулы для работы внешних сил .

39.

Статистические методы исследования.

Предметом статистической физики является изучение закономерностей, которым подчиняются поведение и свойства макроскопических тел, состоящих из большого числа частиц. Большое количество частиц в макросистеме приводит к новому типу закономерностей, имеющих статистический, т.е. вероятностный характер. На основе этих (вероятностных) представлений статистическая физика раскрывает природу величин, которыми оперирует термодинамика. А именно, статистическая физика позволяет объяснить наблюдаемые свойства макросистем как суммарный эффект действия отдельных молекул (на основе определенных моделей). При этом используется статистический метод, который интересует не действия отдельных молекул, а средние значения определенных величин. С помощью них, средних величин, открывается возможность интерпретации наблюдаемых величин. Статистический метод позволяет понять суть явлений, установить связь поведения системы в целом с поведением и свойствами отдельных частиц.

40.