Кинетическая энергия – энергия движения. Это физическая величина, характеризующая движущееся тело. Кинетической энергией обладает тело и не взаимодействующее с другими телами.
Рассмотрим простейший случай, когда векторы силы и перемещения направлены вдоль одной прямой в одну и ту же сторону. Координатная ось направлена в ту же сторону. Тогда проекции силы, перемещения, ускорения и скорости будут равны модулям самих векторов.
В таком случае работа силы будет равна:
A = Fs.
Из второго закона Ньютона F = ma.
При прямолинейном равноускоренном движении перемещение и скорость связаны соотношением:
где υ1 и υ2 – модули векторов скоростей в начале и в конце участка пути, пройденного телом.
Подставив значения F и s в формулу, получим:
В правой части равенства мы получили изменение величины - половины произведения массы тела на квадрат его скорости. Эта величина называется кинетической энергией тела, обозначается Ek. В этом случае:
Работа равнодействующей сил, приложенных к телу, равна изменению кинетической энергии тела. Это теорема о кинетической энергии.
Если сила, действующая на тело, направлена в сторону движения, то она совершает положительную работу, т. е. Значит,
, кинетическая энергия тела увеличивается. Когда направление силы противоположно направлению перемещения, то сила совершает отрицательную работу, кинетическая энергия тела уменьшается.
Поскольку теорема о кинетической энергии получена при помощи второго закона Ньютона, она справедлива независимо от того, какие силы действуют на тело: силы трения, силы упругости или сила тяжести (частный случай силы всемирного тяготения).
Если покоящемуся телу (υ0 = 0) массой m необходимо сообщить скорость υ, нужно совершить определенную работу А.
Из теоремы о кинетической энергии следует:
Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью υ, равна работе, которую должна совершить сила, действующая на покоящееся тело, чтобы сообщить ему эту скорость.