二、机械能守恒定律

    在式(2-31)中, 如果

                        A + A非保内 = 0 ,

则有

                          E(Q) = E(P) ,

或具体地写为

                       EkQ + EpQ = EkP + EpP ,                (2-32)

式(2-32)表明, 在外力和非保守内力都不作功或所作功的代数和为零的情况下, 系统内质点的动能和势能可以互相转换, 但它们的总和, 即系统的机械能保持恒定。这个结论称为机械能守恒定律。

    值得注意的是, 只有当外力和非保守内力不存在, 或不作功, 或两者所作功的代数和为零时, 系统的机械能才守恒。但在实际问题中, 这个条件并不能严格满足。因为物体在运动时, 总要受到空气阻力和摩擦力的作用, 它们都属于非保守力, 并始终要作功, 因而系统的机械能要改变。如果系统的机械能改变量比起系统的机械能总量小得多, 改变量可以忽略, 则可利用机械能守恒定律来处理之。

   

在机械运动范围内, 能量的形式只是动能和势能, 即机械能。但是物质的运动形态除机械运动外, 还有热运动, 电磁运动, 原子、原子核和粒子运动, 化学运动以及生命运动等。某种形态的能量, 就是这种运动形态存在的反映。与这些运动形态相对应, 也存在热能, 电磁能, 核能, 化学能, 以及生物能等各种形态的能量。大量事实表明, 不同形态的能量之间, 可以彼此转换。在系统的机械能减少或增加的同时, 必然有等量的其他形态的能量增加或减少, 而系统的机械能和其他形态能量的总和是恒定的。所以说, 能量不会消失, 也不会产生, 只能从一种形态转换为另一种形态。这个结论称为能量守恒定律。根据这个定律, 对于一个与外界没有能量交换的孤立系统来说, 无论在这个系统内发生何种变化, 各种形态的能量可以互相转换, 但能量的总和始终保持不变。

    能量守恒定律的确立, 使大家能够更深刻地理解功的意义。根据这个定律, 当一个系统的能量发生变化时, 必定伴随着另一些系统能量的变化, 以使这个系统与另一些系统的能量之和保持恒定。所以在对一个系统作功而引起这个系统的能量变化时, 实际上是这个系统与其他系统之间发生了能量的传递, 所传递的能量在数值上就等于对该系统所作的功。由此可见, 功是能量传递的量度。

  

对一个系统所作的功不是凭空造出来的。如果对系统作正功, 使系统能量增加, 则此功是以这个系统以外其他系统的能量减少为代价的;如果对系统作负功, 使系统能量减少, 则此功必定引起这个系统以外其他系统的能量增加。所以, 作功的过程是至少有两个系统(或物体)能量发生变化的过程。从这个观点看, 要制作只对某个系统作功, 而不使自身或另一个系统的能量发生变化的所谓第一类永动机, 是不可能的。

    能量守恒定律是总结了无数实验事实建立起来的, 它是物理学中具有最大普遍性的定律之一, 也是整个自然界都遵从的普遍规律, 机械能守恒定律只是它在力学范围内的一个特例。

 

 

       
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