机械能守恒定律的应用和外延分析

夏禹

摘 要 在力学中，机械能守恒定律是极其重要的物理规律之一。只有对该定律进行了解之后，才能使多方面的运动学问题得到处理。鉴于此，对机械能守恒定律的正确理解和灵活运用非常有必要。本文对机械能守恒定律的应用和外延进行了分析。

关键词 机械能守恒定律；应用；外延

中图分类号 O4 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）15-0189-02

在自然界中，能量不仅不会消失，也不会凭空产生，能量只会相互转化。对于一个系统，如果只存在重力做功或者弹力做功的情形，那么随着能量转化，系统机械能的总量始终不会变化，这就是机械能守恒。机械能守恒定律在生产和生活实践中的应用范围非常广，因此，我们接下来对其进行仔细地分析与研究。

1 机械能守恒定律理论阐述

在机械运动中，机械能守恒定律不仅仅体现了能量的转化，还体现了能量的守恒。机械能守恒，是力学中的相对独立的一条定律。在热运动中，能量转化与守恒定律是热力学中的第一定律，在机械运动，也是类似的。所以，在对机械能守恒定律进行阐述的过程中，它们是不受到功能原理和牛顿定律的约束的。我们都知道，力学能够对物质的机械运动进行研究，它是对物质的客观规律和应用进行分析的学科。在机械运动中，机械能包括动能和势能，仅仅包括这两种能量，不包括其他能量。所以，从能量转化以及能量守恒的角度来认识机械能守恒，我们可知。在质点系中，每一个质点不仅仅动能和动能之间可以实现互换，而且动能和势能也能够互换，但是，需要注意的是，动能和势能的总和是没有變化的。另外，我们还要考虑到是否存在非保守力，以及非保守力在系统中有没有做功的问题。仅当这些非保守力可以忽略不计的时候，系统的机械能被认为是守恒的。在对机械能守恒的意义进行分析时，我们可以列出多种表述形式。有一种说法是，在保守系中，保守系不受到外力的作用，那么此时这个系统的机械能的总量保持不变。这种表述其实是符合相对性原理的。

与此同时，这跟狭义相对论中能量守恒的定律观点是保持一致性的。在狭义相对论中，能量守恒定律是对独立的系统来讲的。换句话也就是说，机械能守恒定律可以看作是能量转化和守恒定律在机械运动的展现。需要指出的是，这种说法的本质是通过两个层次的相对性原理，不仅对机械能守恒定律遵守相对性原理进行了分析，而且把机械能守恒的定理阐述得更加深刻。在对机械能守恒定律进行验证的实验中，我们普遍使用下列装置图1来验证机械能守恒定律。

2 机械能守恒定律的应用

在对机械能守恒定律进行应用的过程中，可以从以下几个步骤去考虑。第一，先是要把研究对象确定好。所研究的对象，要么是单个或多个物体，要么是一个系统。如果只有重力做功，那么可选取单个的物体为研究对象。如果有弹力做功的情况，那么此时要把多个物体组合在一起，作为一个系统来进行研究。第二，要对机械能守恒与否进行明确的判断。在对研究对象的各个物理过程进行受力分析之后，对力的做功情况有明确的了解，这样才能做出机械能是否守恒的判断。第三，确定参考平面。首先是要把研究对象的开始状态和末尾状态。然后要选择合理的参考平面，对初始状态和末尾状态的机械能进行确定，并了解这两种状态下动能的变化的大小和势能的变化的大小。第四，列出机械能守恒的方程。在列出方程的过程中，不但可以选择守恒的观点，还可以选择转化的观点。其中守恒的观点是在一个系统中，系统初始的机械能跟系统末状态的机械能在数值上是相等的。另外一个就是转化的观点，这种观点的核心是系统减少的动能跟系统增加的势能在数值上是相

等的。

3 机械能守恒定律的外延

通过上述分析，我们可知，机械能守恒定律是能量转化和守恒定律的表现。事实情况是，所有形式的能都能够相互之间进行转化。在很多情形下，物体在摩擦力和阻力的作用下，有做功，那么机械能转化为其他形式的能力。其中各个形式的能量的总量是不会变化的。换句话也就是说，能量不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式的能量变化为另一种能量。对于能的转化和守恒定律的一个系统，如果在系统之外，有力对系统做正功，那么此时机械能的转化是这样的，其他形式的能量转变为了系统的机械能。假设情况相反，那么系统的机械能转变为其他形式的

能量。

4 结论

机械能守恒定律与所学的知识结合起来有许多综合性的应用，是运动学中十分重要的规律，为解决运动学问题提供了很好的工具，只要多总结，一定能够熟练的运用它。机械能守恒定律在我们生活和生产实践中有很多应用。比如，过山车就是一种典型的应用。通过对生活和生产实践中机械能守恒定律进行分析，可知道其的作用是巨大的。我们应当在不断的实践中对这些问题进行分析，从而提高自己发现问题，并找到解决问题的方法的能力。

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