ГРУППА  308 ФИЗИКА   

Тема        « Энергия, её виды. Закон сохранения энергии».

          Если тело или система тел, взаимодействующих между собой, способны совершить работу, то говорят, что они обладают энергией.

Итак, энергия — это физическая величина, показывающая какую работу тело (или несколько тел) могут совершить. Чем большей энергией обладает тело, тем большую работу оно способно совершить. То есть,  энергия - это не что иное, как запас работы, которую может совершить тело, изменяя свое состояние.

Виды энергий в механике.

1) Кинетическая энергия.

Если тело массой m движется со скоростью v, то оно обладает энергией . Е_к = mv²/2, где  m – маасса тела;    v – скорость тела

Работа равна изменению кинетической энергии тела:  А = Е_к

2) Потенциальная энергия.

Любое тело массы m, находящееся под действием гравитации обладает энергией: Е_п = mgh

где h – высота над условным нулевым уровнем, g – ускорение свободного падения  m – масса тела

Потенциальной энергией так же обладает упруго деформированное тело. Если пружина жесткостью k деформирована на величину x, то она обладает энергией:  Е = А = k∆х²/2

Потенциальная энергия  - это энергия взаимодействия тел (или его частей).

Отметим, что не всякое взаимодействие тел характеризуется потенциальной энергией. Есть особые силы, работа которых не зависит от формы траектории, а определяется только начальным и конечным положением тел . Такие силы называют консервативными. Например, к консервативным силам относятся сила тяжести, сила упругости, к неконсервативным – сила трения.

Работа равна изменению потенциальной энергии со знаком минус:

Единица измерения энергии – 1 Джоуль  (Дж)

Закон сохранения энергии.

Рассмотрим консервативную механическую систему, т.е. такую Закон сохранения энергии в механике. Рассмотрим замкнутую механическую систему тел, состоящую из капли дождя и Земли, которая обладает как потенциальной энергией тела взаимодействуют друг с другом , так и кинетической энергией тела системы могут двигаться.

Предположим, в какой-то момент времени кинетическая энергия капли равна Ек₁, а потенциальная — Еп₁. Кинетическая и потенциальная энергии капли в другой момент времени соответственно равны Ек₁ и Еп₂. Энергия не создается и не уничтожается, а происходит превращение одного вида энергии в другой.

Энергия не создается и не уничтожается, а только превращается из одного вида в другой: из кинетической энергии в потенциальную и наоборот. Для системы, состоящей из тела массой m и пружины жесткостью k, растянутой на расстояние ∆l, закон сохранения механической энергии имеет вид:             mv² /2+  k∆х²/2   Закон  сохранения механической энергии выполняется в том случае, когда малы силы трения, сопротивления и ими пренебрегают.

Чем отличается сила трения от консервативных сил тяжести и упругости? Работа силы тяжести и силы упругости может быть и положительной, и отрицательной. Например, при свободном падении тела работа силы тяжести положительна, его кинетическая энергия растет, а потенциальная уменьшается.

Тело брошено вертикально вверх, работа силы тяжести отрицательна, кинетическая энергия убывает, потенциальна энергия увеличивается. В конце концов, тело останавливается и начинает обратный путь вниз. Сила трения ведет себя иначе. Если тело, лежащее на горизонтальной поверхности, толкнуть, оно будет двигаться против сил трения, подобно движению тела, брошенного вверх. Пройдя некоторое расстояние, тело остановится и в обратный путь не двинется.

В случае с телом, брошенным вверх, кинетическая энергия уменьшается, превращаясь в потенциальную. При падении потенциальная энергия превращается снова в кинетическую. При движении тела под действием силы трения кинетическая энергия уменьшается, но в потенциальную энергию не превращается, и тело останавливается. Когда на тело действует сила трения, закон сохранения полной механической энергии не выполняется: кинетическая энергия уменьшается, а потенциальная энергия не появляется.

Полная механическая энергия уменьшается. На что же расходуется кинетическая энергия при действии силы трения? Трение приводит к нагреванию обоих трущихся тел, к повышению их температуры, а значит, к увеличению скорости хаотического движения молекул и атомов, из которых состоят тела. Энергия хаотического движения молекул не считается механической. Механическая энергия — это энергия движения тел, а не частиц, из которых эти тела состоят. Механическая энергия в случае действия сил трения не сохраняется, уменьшается и при остановке тела полностью превращается в энергию хаотического движения молекул.

Энергию хаотического движения молекул, из которых состоят тела, называют внутренней энергией. Закон сохранения механической энергии может нарушаться, но закон сохранения полной энергии никогда не нарушается.

Механическая энергия может превращаться во внутреннюю, электромагнитную и другие виды энергии. Под полной энергией надо понимать сумму всех видов энергий — потенциальную, кинетическую, внутреннюю, электромагнитную, ядерную и другие виды энергии.  Механическая энергия системы равна сумме ее кинетической и потенциальной энергии:.  Е = Е_п + Е_к .   В замкнутой механической системе, где действуют только консервативные силы, механическая энергия сохраняется.

Если действует сила трения, то даже в изолированной системе движущихся тел механическая энергия убывает. Убыль механической энергии не означает, что она исчезает бесследно.

Механическая энергия преобразуется в другие виды энергии. Так, при работе сил трения происходит нагревание тел, и кинетическая энергия тел превращается в кинетическую энергию хаотического движения молекул, то есть во внутреннюю энергию.                                                                              Задание 1. Ответь на вопросы.

Приведите примеры превращения механической энергии во внутреннюю и внутренней в механическую. Приведите примеры перехода энергии от одного тела к другому. Какой опыт показывает, что при переходе внутренней энергии от одного тела к другому её значение сохраняется? В чём состоит закон сохранения энергии? Какое значение имеет закон сохранения энергии в науке и технике?

Задание 2. Молот копра при падении ударяет о сваю и забивает её в землю. Какие превращения и переходы энергии при этом происходят? Следует учесть, что свая и почва нагреваются при ударе. Какие превращения кинетической энергии автомобиля происходят при торможении?

Вы можете скачать файлы, ознакомиться с дополнительным материалом и решить задания самостоятельно в любое удобное для вас время.:.

Как связаны работа и энергия

Развитие человеческой цивилизации происходило постепенно, благодаря изобретению различных механических устройств, способных совершать тяжелый труд: рычаг, блок, клин, пружина и т.д. Человек совершает работу либо вручную, либо с помощью таких устройств. В обоих случаях совершается работа. Механическая работа  А — это физическая величина, равная произведению силы F, действующей на тело, на путь s, пройденный телом в направлении силы: А = F S

Понятие энергии тесно связано с понятием работы. Любое движущееся тело может совершить работу. Дальнейший технический прогресс вооружил человека мощными механизмами, позволяющими совершать гигантские объемы работ. Самолеты, пароходы, автомобили, экскаваторы работают благодаря энергии, выделившейся в результате сгорания топлива. Турбины гидроэлектростанций приводятся во вращение от давления потока воды. Все эти примеры показывают, что во всех случаях для совершения работы изначально требуется нечто общее, которое и было сформулировано в виде понятия энергии.

 

Внимание! А , теперь задание:

1. Сделайте конспект , ответив на вопросы:

   А) Что такое энергия?

   Б) Виды энергии

   В) Какая энергия называется потенциальной? Формула.

   Г) Какая энергия называется кинетической? Формула

   Д) В чём заключается закон сохранения энергии? Запишите формулу

2. Решение задач

                Задача 1.

При удалении на 2 см стальная пружина имеет потенциальную энергию упругой деформации 4 Дж. Как изменится потенциальная энергия этой пружины при уменьшении удлинения на 1 см?

 1) уменьшится на 1Дж                                   2) уменьшится на 3 Дж

2)  уменьшится на 2 Дж                                  4) уменьшится на 4 Дж

 

                 Задача 2

Тело массой 1 кг, брошенное вертикально вверх с поверхности земли, достигло максимальной высоты 20 м. С какой по модулю скоростью двигалось  тело на высоте 10 м? Сопротивление воздуха не учитывайте.

(При решении задачи обратитесь к закону сохранения энергии)

 

ЖЕЛАЮ УСПЕХА!

.