功能原理

基本介紹

• 中文名：功能原理
• 外文名：work-energy principle
• 性質：力學中的基本原理
• 本質：能量的轉化

基本概念

功能原理是力學中的基本原理之一。內容是物體系統的機械能增量等於外力非保守力對系統所作的總功和系統內耗散力所作的功的代數和。其本質是能量的轉化，得到能量，就會消耗能量，但總量不變。功能原理是前蘇聯科技書中常用的一條原理，中國的科技書中也曾引用過。

耗散力

這裡的耗散力，通俗的講，即為非保守力（非保守力簡單講就是力做功和路徑有關。在高中，除重力，庫侖力，磁場力以外的力都是非保守力）。

即任何物體系統， 外力對其作的總功+系統內非保守力（見勢能）做的總功 = 系統的機械能（動能與勢能之和）的增量（增量不意味著“加”，這裡指的是“變化量”，比如一個物體下降，又是減速，那么等式右邊為“-1/2mv^2-mgh”。注意勢能，這裡是重力勢能，不能理解為重力做功，因為等式右邊是系統的機械能）

W外+W非保內=E2-E1（這裡的“+W非保內”不意味著得到能量，如果是摩擦力做功，且外力做正功，那W非保內是“減去摩擦力做功的大小”）W動-W阻=ΔE。

套用領域

該原理對一切慣性參考系都成立。

功能原理是和機械能守恆定理一致的，後者可以看做前者等號兩邊都為零時的特殊情況。

對其理解可以比較靈活處理功能轉換等問題。

功能原理引入了機械能守恆，當只有彈力、重力做功時的情況。W動-W阻=0，ΔE=0.

功能原理實際上是動能定理的變形，在運用時應注意：如在考慮機械能時引入了重力勢能，由於勢能屬於物體與地球共有，因此物體的重力勢能即為內力（保守力），在計算合外力做功時應剔除重力做功；同樣如引入彈性勢能，就不應再考慮彈簧的彈力做功。另外，因為功是機械能變化的量度，所以機械能的變化需要通過做功來實現，W外反映系統和外界的能量轉換，W非保守內力反映系統內部機械能和其他形式能量的轉換；如系統內有滑動摩擦力時，W非保守內力為負值，表明系統的一部分機械能轉換成了系統的內能。