Закон сохранения энергии в механических процессах.

При совершении телом механической работы его собственная энергия уменьшается.

Работа в некотором направлении – это произведение силы (F), действующей в направлении перемещения тела на пройденный им путь (S): А = F • S.

Выполнение работы требует энергии. Следовательно, при выполнении работы энергия в системе уменьшается. Поскольку для того чтобы была совершена работа, необходим запас энергии, последнюю можно определить следующим образом: Энергия – это возможность совершить работу, это некоторая мера имеющегося в механической системе « ресурса» для её выполнения. Кроме того, энергия – это мера перехода одного вида движения в другой.

В биомеханике рассматривают следующие основные виды энергии:

• потенциальная, зависящая от взаимного расположения элементов механической системы тела человека;

• кинетическая поступательного движения;

• кинетическая вращательного движения;

• потенциальная деформации элементов системы;

• тепловая;

• обменных процессов.

Полная энергия биомеханической системы равна сумме всех перечисленных видов энергии.

Поднимая тело, сжимая пружину, можно накопить энергию в форме потенциальной для последующего её использования. Потенциальная энергия всегда связана с той или иной силой, действующей со стороны одного тела на другое. Например, Земля силой тяжести действует на падающий предмет, сжатая пружина – на шарик, натянутая тетива – на стрелу.

Физическая величина, характеризующая способность тела совершать работу, называется энергией.

1 джоуль = ватт · секунда или 1 Дж = 1 Вт· с.

1 киловатт · час (кВт·ч) = 3 600 000 Вт ·с = 36 · 10⁵ Дж

Потенциальная и кинетическая энергия

Потенциальной энергией называется энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела.

Потенциальной энергией, например, обладает тело, поднятое над Землей, потому что энергия тела зависит от взаимного положения его и Земли и их взаимного притяжения. Потенциальная энергия тела, лежащего на Земле, равна нулю. А потенциальная энергия этого тела, поднятого на некоторую высоту, определится работой, которую совершит сила тяжести при падении тела на Землю. Огромной потенциальной энергией обладает речная вода, удерживаемая плотиной. Падая вниз, она совершает работу, приводя в движение мощные турбины электростанций.

Потенциальную энергию тела обозначают символом E_п.

Так как E_п = A, то

E_п = Fh или E_п = mgh

E_п – потенциальная энергия; g – ускорение свободного падения, равное 9, 8 Н/кг; m – масса тела, h – высота, на которую поднято тело.

Кинетической энергией называется энергия, которой обладает тело вследствие своего движения.

Кинетическая энергия тела зависит от его скорости и массы. Например, чем больше скорость падения воды в реке и чем больше масса этой воды, тем сильнее будут вращаться турбины электростанций.

E_k – кинетическая энергия; m – масса тела; v – скорость движения тела.

Итак, энергия – физическая величина, характеризующая способность тел совершать работу.

Если тело или несколько взаимодействующих между собой тел (система тел) могут совершить работу, то говорят, что они обладают энергией.

Энергию выражают в системе СИ в тех же единицах, что и работу, т. е. в джоулях. Обозначают энергию буквой Е. Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает. И наоборот.

Энергия не существует сама мо себе, как, например, существуют стол, стул, футбольный мяч и другие предметы: она, подобно высоте стола, ширине стула, диаметру мяча, лишь характеризует движение и взаимодействие тел.