Кинетическая и потенциальная энергия

                                                               18

книге великого немецкого  физика Гельмгольца «О сохранении силы».

Герман Гельмгольц родился  в 1821 г. в Потсдаме, в семье учителя  гимназии. Мать его — Католина Пэн — происходила из семьи английских эмигрантов. Стесненный семейный бюджет не позволил талантливому юноше поступить в университет. Гельмгольц был вынужден выбрать карьеру врача. После окончания гимназии он поступил в Высшую военно-медицинскую школу в Берлине. В 1842 г. он защитил диссертацию и получил место военного врача. В армейских казармах Потсдама Гельмгольц начал физиологические исследования; одновременно он глубоко проник в основания физики. Результатом его физико-философских размышлений было гениальное произведение «О сохранении силы». Работа была доложена на заседании физического общества в Берлине 23 июля 1847 г. и в этом же году издана в виде брошюры. Она быстро создала автору мировую славу, но вначале это мало повлияло на его карьеру. По рекомендации Гумбольдта молодой врач стал в 1848 г. ассистентом Анатомо-физиологического музея в Берлине. Но уже через год его приглашает Кеннингсберг на должность профессора анатомии и физиологии. В 1855 г. Гельмгольц переезжает в Бонн, а через три года в Гейдельбергский университет. Постепенно растет удельный вес физической математики в его исследованиях. С 1871 г. Гельмгольц возглавляет немецкую физическую школу. Умер Гельмгольц в 1894 г.

Кинетическую энергию  Гельмгольц называл по-прежнему живой  силой, потенциальная энергия появилась  под именем «количества сил напряжения». Все многообразие форм энергии Гельмгольц сводил к этим двум формам. Закон  сохранения энергии он представлял  в двух формах. Первая — обобщенная форма: количество затраченной работы равно количеству полученной энергии. Вторая — частная в современной  терминологии формулируется так: сумма  кинетической и потенциальной энергии  в замкнутой системе остается всегда постоянной.  
Следует отметить, что понятие работы сложилось раньше понятия энергии. Для измерения работы эталоном была работа поднятия груза определенной массы на определенную высоту. У Гельмгольца читаем: «Количество работы, которое получается или затрачивается, может быть, как известно, выражено как работа поднятия на определенную высоту hгруза т;работа равна mgh... Чтобы подняться свободно на высоту h, тело должно обладать начальной скоростью  ; эту же скорость теле получает при обратном

                                                               19

падении на Землю. Таким образом,  ».  
  
1. При освещении связи работы и энергии естественно следовать историческому ходу событий. Вначале формируется понятие работы, затем устанавливается, что всякая работа имеет определенный энергетический эффект: работа ускоряющей силы приводит к возникновению равного количества «живой силы» — кинетической энергии, работа против силы тяготения или упругости приводит к появлению потенциальной энергии, работа против силы трения — к приращению внутренней энергии и т. д. Здесь историческое совпадает с логическим.  
Известна связь между законами динамики и законом сохранения количества движения. Аналогичную связь целесообразно подчеркнуть и для закона сохранения механической энергии. В случае прямолинейного движения тела с постоянной массой мы можем написать:   
Пусть тело ускоряется так, что скорость возрастает от υ1 до υ2. Средняя скорость будет  , изменение скорости  . Умножая обе части равенства (1) на υср, получаем  
 или  , откуда  . 
В отсутствии внешних, сил F = 0 мы получаем закон сохранения кинетической энергии:  . 
2. Закон сохранения энергии имеет очень сложную, почти 300-летнюю историю. К ней необходимо обращаться несколько раз, выбирая материал, помогающий освещению вопросов, которые рассматриваются в данном разделе. Поскольку речь идет о механических формах энергии, целесообразно детально рассмотреть маятник Галилея. Это крайне простой прибор для демонстрации превращения потенциальной энергии в кинетическую и обратно в потенциальную (рис. 1). В доску вбит гвоздь А для подвешивания груза В. По горизонтали в отверстия D, G, … вставляются металлические или деревянные штыри. Если груз отклонить и отпустить с высоты h, то где бы

                                                                20

ни был вставлен штырь, груз поднимется на ту же высоту h.  
Одновременно здесь можно демонстрировать независимость работы в поле тяготения от формы пути.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                21

Список использованной литературы

1. Сидоренков В.В. // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естествен-

ные науки. 2006. № 1. С. 28-37; // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2007. Т. 3. № 11. С. 75-82; // Материалы X Международной конференции «Физика в системе современного образования». – Санкт-Петербург: РГПУ, 2009. Том 1. Секция 1. “Профессиональное физическое образование”. С. 114-117; // Необратимые процессы в природе и технике: Сборник научных трудов. Вып. 3. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. С. 56-83;

// http://scipeople.ru/publication/67585.

 

2. Физический энциклопедический словарь. М.: СЭ, 1983.

3. Конспект лекций Упоров  С. А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                22