機械能的本質(zhì)

 

　　從能量轉(zhuǎn)化角度

 

　　從能量轉(zhuǎn)化角度看，只要在某一物理過程中，系統(tǒng)的機械能總量始終保持不變，而且系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)與外界之間沒有機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能，也沒有其他形式的能轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的機械能，那么系統(tǒng)的機械能就是守恒的，與系統(tǒng)內(nèi)是否一定發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化無關(guān)。如在光滑的水平面上做勻速直線運動的物體。其機械能守恒；如果系統(tǒng)內(nèi)或系統(tǒng)與外界之間有其他形式的能與機械能的轉(zhuǎn)化。即使系統(tǒng)機械能總量保持不變，其機械能也是不守恒的，如一炸彈在爆炸時，假設(shè)外力不做功，但系統(tǒng)內(nèi)的 化學(xué)能（ 非保守力）對系統(tǒng)做功了，雖然機械能總量保持不變，但系統(tǒng)內(nèi)有其他形式的能（內(nèi)能或電能）轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的機械能，系統(tǒng)又克服外界做功將機械能轉(zhuǎn)化成其他形式的能。

 

　　從功能關(guān)系看

 

　　從功能關(guān)系看，機械能守恒的條件是“系統(tǒng)外力不做功，系統(tǒng)內(nèi) 非保守力不做功”。這一條件與系統(tǒng)內(nèi)保守力（重力或彈簧的彈力）是否做功無關(guān)，因為重力或彈簧彈力是否做功只是決定系統(tǒng)內(nèi)是否發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化，做功與否都不會改變系統(tǒng)機械能總量。

 

　　由此可知，如果質(zhì)點組（系統(tǒng)）內(nèi)各物體所受的所有力（包括重力和彈力）都不做功，則各物體的動能和勢能均保持不變，動能和勢能也不發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，此時質(zhì)點組（或系統(tǒng)）的機械能也是守恒的。這是機械能守恒的特例。如在水平面上光滑的圓形軌道上做勻速圓周運動的物體，雖然軌道對物體提供水平方向始終指向圓心的向心力作用，但對物體始終不做功，其機械能總量保持不變，故系統(tǒng)的機械能也是守恒的。

 

　　機械能守恒定律的表述為：在只有重力做功的情形下，物體的動能和勢能發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，但機械能總量保持不變。這是機械能守恒定律的最常見情形（即在重力勢能和動能的相互轉(zhuǎn)化中，只有重力做功的情況。實際上，在重力勢能和彈性勢能與動能的相互轉(zhuǎn)化中，只有重力和彈簧的彈力做功時，物體的動能和系統(tǒng)的勢能之和保持不變，系統(tǒng)的機械能守恒），也是更普遍的 質(zhì)量守恒定律的一種特殊情況。

 

　　機械能守恒定律可以認(rèn)為是力學(xué)方面的能量轉(zhuǎn)化和守恒定律。它的條件是系統(tǒng)只有重力、彈力 做功。在這樣的系統(tǒng)中，盡管 動能和 勢能在相互轉(zhuǎn)化，但總的機械能恒定。這里談機械能守恒定律的應(yīng)用。

 

　　首先，機械能守恒是對系統(tǒng)而言的，而不是對單個物體。如：地球和物體、物體和彈簧等。對于系統(tǒng)機械能守恒，要適當(dāng)選取參照系，因為一個力學(xué)系統(tǒng)的機械能是否守恒與參照系的選取是有關(guān)的。