-->
Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè â ìåõàíèêå. Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 5. Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè

 


§ 45. Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè â ìåõàíèêå

    Êàê èçìåíÿþòñÿ ïîòåíöèàëüíàÿ, êèíåòè÷åñêàÿ è ïîëíàÿ ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèè òåëà ïðè åãî ñâîáîäíîì ïàäåíèè âíèç? åñëè òåëî áðîøåíî ââåðõ?

Îáðàòèìñÿ ê ïðîñòîé ñèñòåìå òåë, ñîñòîÿùåé èç çåìíîãî øàðà è ïîäíÿòîãî íàä ïîâåðõíîñòüþ Çåìëè òåëà, íàïðèìåð êàìíÿ.

Êàìåíü ïàäàåò ïîä äåéñòâèåì ñèëû òÿæåñòè. Ñèëó ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà ó÷èòûâàòü íå áóäåì. Èçìåíåíèå êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè êàìíÿ ðàâíî ðàáîòå ñèë òÿæåñòè:

ΔÅê = Aò                     (5.23)

Èçìåíåíèå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè ðàâíî ðàáîòå ñèëû òÿæåñòè, âçÿòîé ñ îáðàòíûì çíàêîì:

ΔÅï = -Àò                     (5.24)

Ðàáîòà ñèëû òÿæåñòè, äåéñòâóþùåé ñî ñòîðîíû êàìíÿ íà çåìíîé øàð, ïðàêòè÷åñêè ðàâíà íóëþ. Èç-çà áîëüøîé ìàññû çåìíîãî øàðà åãî ïåðåìåùåíèåì è èçìåíåíèåì ñêîðîñòè ìîæíî ïðåíåáðå÷ü. Èç ôîðìóë (5.23) è (5.24) ñëåäóåò, ÷òî

ΔÅê = -ΔÅï.                     (5.25)

Ðàâåíñòâî (5.25) îçíà÷àåò, ÷òî óâåëè÷åíèå êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ñèñòåìû ðàâíî óáûëè å¸ ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè (èëè íàîáîðîò). Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî

ΔÅê + ΔÅï = 0,

èëè

Δ (Åê + Åï) = 0.                     (5.26)

Èçìåíåíèå ñóììû êèíåòè÷åñêîé è ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèé ñèñòåìû ðàâíî íóëþ.

Ïîëíàÿ ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ Å ðàâíà ñóììå êèíåòè÷åñêîé è ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèé òåë, âõîäÿùèõ â ñèñòåìó:

Å = Åê + Åï.                     (5.27)

Òàê êàê èçìåíåíèå ïîëíîé ýíåðãèè ñèñòåìû â ðàññìàòðèâàåìîì ñëó÷àå ñîãëàñíî óðàâíåíèþ (5.26) ðàâíî íóëþ, òî ýíåðãèÿ îñòà¸òñÿ ïîñòîÿííîé:

Å = Åê + Åï = const.                     (5.28)

Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè
 èçîëèðîâàííîé ñèñòåìå, â êîòîðîé äåéñòâóþò êîíñåðâàòèâíûå ñèëû, ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ñîõðàíÿåòñÿ.

Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè ÿâëÿåòñÿ ÷àñòíûì ñëó÷àåì îáùåãî çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè.

Îáùèé çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè
Ýíåðãèÿ íå ñîçäà¸òñÿ è íå óíè÷òîæàåòñÿ, à òîëüêî ïðåâðàùàåòñÿ èç îäíîé ôîðìû â äðóãóþ.

Ó÷èòûâàÿ, ÷òî â ðàññìàòðèâàåìîì êîíêðåòíîì ñëó÷àå Åï = mgh è çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè ìîæíî çàïèñàòü òàê:

çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè ìîæíî çàïèñàòü òàê

èëè

çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè

Ýòî óðàâíåíèå ïîçâîëÿåò î÷åíü ïðîñòî íàéòè ñêîðîñòü υ2 êàìíÿ íà ëþáîé âûñîòå h2 íàä çåìë¸é, åñëè èçâåñòíà íà÷àëüíàÿ ñêîðîñòü êàìíÿ íà èñõîäíîé âûñîòå h1.

×åì ìû ïðåíåáðåãàåì, êîãäà ãîâîðèì, ÷òî ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ïàäàþùåãî êàìíÿ ñîõðàíÿåòñÿ? Êàêèå ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè ðåàëüíî ïðîèñõîäÿò ïðè ïàäåíèè êàìíÿ â âîçäóõå?

Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè (5.28) ëåãêî îáîáùàåòñÿ íà ñëó÷àé ëþáîãî ÷èñëà òåë è ëþáûõ êîíñåðâàòèâíûõ ñèë âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó íèìè. Ïîä Åê íóæíî ïîíèìàòü ñóììó êèíåòè÷åñêèõ ýíåðãèé âñåõ òåë, à ïîä Åï — ïîëíóþ ïîòåíöèàëüíóþ ýíåðãèþ ñèñòåìû. Äëÿ ñèñòåìû, ñîñòîÿùåé èç òåëà ìàññîé m è ãîðèçîíòàëüíî ðàñïîëîæåííîé ïðóæèíû (ñì. ðèñ. 5.13), çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè èìååò âèä

çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè

Óìåíüøåíèå ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè ñèñòåìû ïîä äåéñòâèåì ñèë òðåíèÿ. Ðàññìîòðèì âëèÿíèå ñèë òðåíèÿ íà èçìåíåíèå ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè ñèñòåìû.

Åñëè â èçîëèðîâàííîé ñèñòåìå ñèëû òðåíèÿ ñîâåðøàþò ðàáîòó ïðè äâèæåíèè òåë îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà, òî å¸ ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ íå ñîõðàíÿåòñÿ.  ýòîì ëåãêî óáåäèòüñÿ, òîëêíóâ êíèãó, ëåæàùóþ íà ñòîëå. Èç-çà äåéñòâèÿ ñèëû òðåíèÿ êíèãà ïî÷òè ñðàçó îñòàíàâëèâàåòñÿ. Ñîîáù¸ííàÿ åé ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ èñ÷åçàåò.

Ñèëà òðåíèÿ ñîâåðøàåò îòðèöàòåëüíóþ ðàáîòó è óìåíüøàåò êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ. Íî ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ ïðè ýòîì íå óâåëè÷èâàåòñÿ.

Ïîýòîìó ïîëíàÿ ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ óáûâàåò. Êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ íå ïðåâðàùàåòñÿ â ïîòåíöèàëüíóþ.

Íàãðåâàíèå ïðè äåéñòâèè ñèë òðåíèÿ ëåãêî îáíàðóæèòü. Äëÿ ýòîãî, íàïðèìåð, äîñòàòî÷íî ýíåðãè÷íî ïîòåðåòü ìîíåòó î ñòîë. Ñ ïîâûøåíèåì òåìïåðàòóðû, êàê èçâåñòíî èç êóðñà ôèçèêè îñíîâíîé øêîëû, ïîâûøàåòñÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ òåïëîâîãî äâèæåíèÿ ìîëåêóë èëè àòîìîâ. Ñëåäîâàòåëüíî, ïðè äåéñòâèè ñèë òðåíèÿ êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ òåëà ïðåâðàùàåòñÿ â êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ õàîòè÷íî äâèæóùèõñÿ ìîëåêóë.

Ñèëû òðåíèÿ (ñîïðîòèâëåíèÿ) íåêîíñåðâàòèâíû. Îòëè÷èå ñèë òðåíèÿ îò êîíñåðâàòèâíûõ ñèë ñòàíîâèòñÿ îñîáåííî íàãëÿäíûì, åñëè ðàññìîòðåòü ðàáîòó òåõ è äðóãèõ íà çàìêíóòîì ïóòè. Ðàáîòà ñèëû òÿæåñòè, íàïðèìåð, íà çàìêíóòîì ïóòè âñåãäà ðàâíà íóëþ. Îíà ïîëîæèòåëüíà ïðè ïàäåíèè òåëà ñ âûñîòû h è îòðèöàòåëüíà ïðè ïîäú¸ìå íà òó æå âûñîòó. Ðàáîòà æå ñèëû ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà îòðèöàòåëüíà êàê ïðè ïîäú¸ìå òåëà ââåðõ, òàê è ïðè äâèæåíèè åãî âíèç. Ïîýòîìó íà çàìêíóòîì ïóòè îíà îáÿçàòåëüíî ìåíüøå íóëÿ.

 ëþáîé ñèñòåìå, ñîñòîÿùåé èç áîëüøèõ ìàêðîñêîïè÷åñêèõ òåë, äåéñòâóþò ñèëû òðåíèÿ. Ñëåäîâàòåëüíî, äàæå â èçîëèðîâàííîé ñèñòåìå äâèæóùèõñÿ òåë ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ îáÿçàòåëüíî óáûâàåò. Ïîñòåïåííî çàòóõàþò êîëåáàíèÿ ìàÿòíèêà, îñòàíàâëèâàåòñÿ ìàøèíà ñ âûêëþ÷åííûì äâèãàòåëåì è ò. ä.

Íî óáûâàíèå ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè íå îçíà÷àåò, ÷òî ýòà ýíåðãèÿ èñ÷åçàåò áåññëåäíî.  äåéñòâèòåëüíîñòè ïðîèñõîäèò ïåðåõîä ýíåðãèè èç ìåõàíè÷åñêîé ôîðìû â äðóãèå. Îáû÷íî ïðè ðàáîòå ñèë òðåíèÿ ïðîèñõîäèò íàãðåâàíèå òåë, èëè, êàê ãîâîðÿò, óâåëè÷åíèå èõ âíóòðåííåé ýíåðãèè.

Âî âñåõ ïðîöåññàõ, ïðîèñõîäÿùèõ â ïðèðîäå, êàê è â ñîçäàâàåìûõ ïðèáîðàõ, óñòðîéñòâàõ, âñåãäà âûïîëíÿåòñÿ çàêîí ñîõðàíåíèÿ è ïðåâðàùåíèÿ ýíåðãèè: ýíåðãèÿ íå èñ÷åçàåò è íå ïîÿâëÿåòñÿ âíîâü, îíà ìîæåò òîëüêî ïåðåéòè èç îäíîãî âèäà â äðóãîé.

Çàïèøèòå çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè äëÿ ñèñòåìû «øàðèê — ïðóæèíà», åñëè øàðèê êîëåáëåòñÿ íà âåðòèêàëüíîé ïðóæèíå.

 äâèãàòåëÿõ âíóòðåííåãî ñãîðàíèÿ, ïàðîâûõ òóðáèíàõ, ýëåêòðîäâèãàòåëÿõ è ò. ä. ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ïîÿâëÿåòñÿ çà ñ÷¸ò óáûëè ýíåðãèè äðóãèõ ôîðì: õèìè÷åñêîé, ýëåêòðè÷åñêîé è ò. ä.

Êëþ÷åâûå ñëîâà äëÿ ïîèñêà èíôîðìàöèè ïî òåìå ïàðàãðàôà.
Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèè

Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó

    1. ×òî íàçûâàåòñÿ ïîëíîé ìåõàíè÷åñêîé ýíåðãèåé ñèñòåìû?

    2. Ìîæåò ëè ñîõðàíÿòüñÿ ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ñèñòåìû, íà êîòîðóþ äåéñòâóþò âíåøíèå ñèëû?

    3. Òåëî ïàäàåò ñ âûñîòû Í. Ïîñòðîéòå ãðàôèêè çàâèñèìîñòè ïîòåíöèàëüíîé, êèíåòè÷åñêîé è ïîëíîé ýíåðãèé ñèñòåìû «òåëî—Çåìëÿ» îò âûñîòû h. Âñå âûñîòû ñ÷èòàéòå îò ïîâåðõíîñòè Çåìëè.

    4.  êàêèõ ñëó÷àÿõ ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ñèñòåìû ñîõðàíÿåòñÿ?

    5. Ïî÷åìó ñèëà òðåíèÿ ÿâëÿåòñÿ íåêîíñåðâàòèâíîé?

    6. Âî ÷òî ïåðåõîäèò ìåõàíè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ â ñèñòåìå, â êîòîðîé äåéñòâóþò ñèëû òðåíèÿ?

Îáðàçöû çàäàíèé ÅÃÝ

À1. Òåëî ìàññîé 1 êã, áðîøåííîå âåðòèêàëüíî ââåðõ ñ ïîâåðõíîñòè çåìëè, äîñòèãëî ìàêñèìàëüíîé âûñîòû 20 ì. Ñ êàêîé ïî ìîäóëþ ñêîðîñòüþ äâèãàëîñü òåëî íà âûñîòå 10 ì? Ñîïðîòèâëåíèå âîçäóõà íå ó÷èòûâàéòå.

1) 7 ì/ñ       2) 10 ì/ñ       3) 14,1 ì/ñ       4) 20 ì/ñ

À2. Ñêîðîñòü áðîøåííîãî ìÿ÷à íåïîñðåäñòâåííî ïåðåä óäàðîì î ñòåíó áûëà âäâîå áîëüøå åãî ñêîðîñòè ñðàçó ïîñëå óäàðà. Êàêîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû âûäåëèëîñü ïðè óäàðå, åñëè ïåðåä óäàðîì êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ ìÿ÷à áûëà ðàâíà 20 Äæ?

1) 5 Äæ       2) 15 Äæ       3) 20 Äæ       4) 30 Äæ

À3. Ñ áàëêîíà âûñîòîé 20 ì íà ïîâåðõíîñòü Çåìëè óïàë ìÿ÷ ìàññîé 0,2 êã. Èç-çà ñîïðîòèâëåíèÿ âîçäóõà ñêîðîñòü ìÿ÷à ó ïîâåðõíîñòè Çåìëè îêàçàëàñü íà 20 % ìåíüøå ñêîðîñòè òåëà, ñâîáîäíî ïàäàþùåãî ñ âûñîòû 20 ì. Èìïóëüñ òåëà â ìîìåíò ïàäåíèÿ ðàâåí

1) 4 êã • êã/ñ       2) 4,2 êã • êã/ñ       3) 3,2 êã • êã/ñ       4) 6,4 êã • êã/ñ

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru
<">


Ñîäåðæàíèå

interfaceType: 0, withoutIframe: true,