夏禹

摘 要 在力學(xué)中，機(jī)械能守恒定律是極其重要的物理規(guī)律之一。只有對該定律進(jìn)行了解之后，才能使多方面的運動學(xué)問題得到處理。鑒于此，對機(jī)械能守恒定律的正確理解和靈活運用非常有必要。本文對機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用和外延進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞 機(jī)械能守恒定律；應(yīng)用；外延

中圖分類號 O4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）15-0189-02

在自然界中，能量不僅不會消失，也不會憑空產(chǎn)生，能量只會相互轉(zhuǎn)化。對于一個系統(tǒng)，如果只存在重力做功或者彈力做功的情形，那么隨著能量轉(zhuǎn)化，系統(tǒng)機(jī)械能的總量始終不會變化，這就是機(jī)械能守恒。機(jī)械能守恒定律在生產(chǎn)和生活實踐中的應(yīng)用范圍非常廣，因此，我們接下來對其進(jìn)行仔細(xì)地分析與研究。

1 機(jī)械能守恒定律理論闡述

在機(jī)械運動中，機(jī)械能守恒定律不僅僅體現(xiàn)了能量的轉(zhuǎn)化，還體現(xiàn)了能量的守恒。機(jī)械能守恒，是力學(xué)中的相對獨立的一條定律。在熱運動中，能量轉(zhuǎn)化與守恒定律是熱力學(xué)中的第一定律，在機(jī)械運動，也是類似的。所以，在對機(jī)械能守恒定律進(jìn)行闡述的過程中，它們是不受到功能原理和牛頓定律的約束的。我們都知道，力學(xué)能夠?qū)ξ镔|(zhì)的機(jī)械運動進(jìn)行研究，它是對物質(zhì)的客觀規(guī)律和應(yīng)用進(jìn)行分析的學(xué)科。在機(jī)械運動中，機(jī)械能包括動能和勢能，僅僅包括這兩種能量，不包括其他能量。所以，從能量轉(zhuǎn)化以及能量守恒的角度來認(rèn)識機(jī)械能守恒，我們可知。在質(zhì)點系中，每一個質(zhì)點不僅僅動能和動能之間可以實現(xiàn)互換，而且動能和勢能也能夠互換，但是，需要注意的是，動能和勢能的總和是沒有變化的。另外，我們還要考慮到是否存在非保守力，以及非保守力在系統(tǒng)中有沒有做功的問題。僅當(dāng)這些非保守力可以忽略不計的時候，系統(tǒng)的機(jī)械能被認(rèn)為是守恒的。在對機(jī)械能守恒的意義進(jìn)行分析時，我們可以列出多種表述形式。有一種說法是，在保守系中，保守系不受到外力的作用，那么此時這個系統(tǒng)的機(jī)械能的總量保持不變。這種表述其實是符合相對性原理的。

與此同時，這跟狹義相對論中能量守恒的定律觀點是保持一致性的。在狹義相對論中，能量守恒定律是對獨立的系統(tǒng)來講的。換句話也就是說，機(jī)械能守恒定律可以看作是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律在機(jī)械運動的展現(xiàn)。需要指出的是，這種說法的本質(zhì)是通過兩個層次的相對性原理，不僅對機(jī)械能守恒定律遵守相對性原理進(jìn)行了分析，而且把機(jī)械能守恒的定理闡述得更加深刻。在對機(jī)械能守恒定律進(jìn)行驗證的實驗中，我們普遍使用下列裝置圖1來驗證機(jī)械能守恒定律。

2 機(jī)械能守恒定律的應(yīng)用

在對機(jī)械能守恒定律進(jìn)行應(yīng)用的過程中，可以從以下幾個步驟去考慮。第一，先是要把研究對象確定好。所研究的對象，要么是單個或多個物體，要么是一個系統(tǒng)。如果只有重力做功，那么可選取單個的物體為研究對象。如果有彈力做功的情況，那么此時要把多個物體組合在一起，作為一個系統(tǒng)來進(jìn)行研究。第二，要對機(jī)械能守恒與否進(jìn)行明確的判斷。在對研究對象的各個物理過程進(jìn)行受力分析之后，對力的做功情況有明確的了解，這樣才能做出機(jī)械能是否守恒的判斷。第三，確定參考平面。首先是要把研究對象的開始狀態(tài)和末尾狀態(tài)。然后要選擇合理的參考平面，對初始狀態(tài)和末尾狀態(tài)的機(jī)械能進(jìn)行確定，并了解這兩種狀態(tài)下動能的變化的大小和勢能的變化的大小。第四，列出機(jī)械能守恒的方程。在列出方程的過程中，不但可以選擇守恒的觀點，還可以選擇轉(zhuǎn)化的觀點。其中守恒的觀點是在一個系統(tǒng)中，系統(tǒng)初始的機(jī)械能跟系統(tǒng)末狀態(tài)的機(jī)械能在數(shù)值上是相等的。另外一個就是轉(zhuǎn)化的觀點，這種觀點的核心是系統(tǒng)減少的動能跟系統(tǒng)增加的勢能在數(shù)值上是相

等的。

3 機(jī)械能守恒定律的外延

通過上述分析，我們可知，機(jī)械能守恒定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的表現(xiàn)。事實情況是，所有形式的能都能夠相互之間進(jìn)行轉(zhuǎn)化。在很多情形下，物體在摩擦力和阻力的作用下，有做功，那么機(jī)械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能力。其中各個形式的能量的總量是不會變化的。換句話也就是說，能量不會憑空消失，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式的能量變化為另一種能量。對于能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的一個系統(tǒng)，如果在系統(tǒng)之外，有力對系統(tǒng)做正功，那么此時機(jī)械能的轉(zhuǎn)化是這樣的，其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榱讼到y(tǒng)的機(jī)械能。假設(shè)情況相反，那么系統(tǒng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降?/p>

能量。

4 結(jié)論

機(jī)械能守恒定律與所學(xué)的知識結(jié)合起來有許多綜合性的應(yīng)用，是運動學(xué)中十分重要的規(guī)律，為解決運動學(xué)問題提供了很好的工具，只要多總結(jié)，一定能夠熟練的運用它。機(jī)械能守恒定律在我們生活和生產(chǎn)實踐中有很多應(yīng)用。比如，過山車就是一種典型的應(yīng)用。通過對生活和生產(chǎn)實踐中機(jī)械能守恒定律進(jìn)行分析，可知道其的作用是巨大的。我們應(yīng)當(dāng)在不斷的實踐中對這些問題進(jìn)行分析，從而提高自己發(fā)現(xiàn)問題，并找到解決問題的方法的能力。

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