Из опыта известно, что тела часто оказываются в состоянии совершать работу над другими телами.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Физическая величина, характеризующая способность тела или системы тел совершать работу, называется энергией.
Пример: 1) Катящийся шар обладает энергией, т.к., сталкиваясь с другим телом, перемещает его, т.е. совершает работу.
2) Растянутая пружина также обладает энергией, т.к. после устранения деформирующей силы, совершает работу по перемещению своих частей (витков) или какого-либо другого тела.
3) система, состоящая из Земного шара и расположенного на некоторой высоте тела, обладает энергией, т.к. при устранении связи, удерживающей тело на высоте, это тело начнет двигаться и может совершить работу.
Итак, названные тела обладают энергией независимо от того, совершают они в данный момент времени работу или нет. Энергия характеризует способность системы к совершению работы при переходе из одного состояния в другое.
Если в первом состоянии энергия системы Е1, а во втором Е2, то
А = Е2 - Е1.
Если работа внешних сил A > 0, то энергия системы возрастает Е2 ‑ Е1 > 0.
Если A<0 (система совершает работу), то энергия системы убывает. Е2-Е1<0, т.е. убыль энергии в этом случае численно равна работе против тех сил, которые препятствуют движению тела. Следовательно, система может совершать работу только за счет изменения своей энергии.
Энергия тела может быть обусловлена двумя причинами:
1. Во-первых, движением тела с некоторой скоростью v. Энергия этого вида называется кинетической энергией (от греческого «кинетикос» – относящийся к движению).
2. Во-вторых, взаимным расположением тел или частей тела и характером их взаимодействия (или более, строго говоря, нахождением тела в потенциальном поле сил). Энергия этого вида называется потенциальной (от латинского «potential» – возможность).
Замечание: Поле сил называется потенциальным, если работа, совершаемая над телом силами, зависящими только от положения тела, не зависит от пути, а определяется только начальным и конечным положением тела в пространстве. А сами силы называются консервативными.
Далее рассмотрим введенные понятия более подробно.