Представь себе, что ты подбрасываешь мяч вверх. В момент, когда он вылетает из руки, он быстро движется — у него много кинетической энергии. Поднимаясь всё выше, он постепенно замедляется, а его кинетическая энергия превращается в потенциальную. В верхней точке скорость становится почти нулевой, зато потенциальная энергия максимальна. А затем всё происходит наоборот — мяч падает и его потенциальная энергия снова превращается в кинетическую.

На первый взгляд кажется, что энергия то появляется, то исчезает. Но на самом деле она просто переходит из одной формы в другую. В этом и заключается один из ключевых законов физики — закон сохранения механической энергии, который играет огромную роль в понимании движения тел, поведения систем, работы механизмов и даже в объяснении природных явлений.

В 9 классе этот закон изучают впервые, и его важно понять именно как логику перехода энергии, а не просто формулу для подстановки чисел. Энергия — это «валюта» физического мира: она может менять форму, может распределяться между объектами, но её суммарное количество в замкнутой системе остаётся неизменным.

---

Полная механическая энергия

Механическая энергия состоит из двух основных видов:

1. Кинетическая энергия — энергия движения:

   ​

2. Потенциальная энергия:
   • Гравитационная:

   
   

   • Упругой деформации (пружины):

   ​

Полная механическая энергия тела или системы — это сумма всех видов механической энергии:

​

---

Закон сохранения механической энергии

Если на тело действуют только силы, которые не совершают работу против движения (например, сила тяжести или сила упругости), то механическая энергия остаётся постоянной:

​

То есть сумма кинетической и потенциальной энергий в начале и в конце движения одинакова. Энергия просто переходит из одной формы в другую, но не исчезает.

Например, если тело падает, его потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая увеличивается ровно на ту же величину.

---

Закон сохранения энергии в случае наличия силы трения

Если появляется трение, ситуация меняется. Сила трения совершает отрицательную работу, и часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию — обычно в тепло.

Тогда:

​

где
 — работа силы трения (> 0).

То есть механическая энергия уменьшается, но общий закон сохранения энергии не нарушается — просто энергия уходит в тепло.

---

Примеры

• Лыжник, скатывающийся с горы: часть потенциальной энергии превращается в кинетическую, а часть — в тепло из-за трения лыж о снег.

• Маятник: при движении туда-обратно энергия постоянно «переливается» между кинетической и потенциальной.

---

Задачи с решениями

---

Задача 1

Мяч массой 0,2 кг поднят на высоту 3 м. Найти потенциальную энергию мяча и кинетическую энергию, если он начинает падать.

Решение:
Потенциальная энергия:

Если мяч только начал падать, его скорость равна нулю:

Ответ:
Потенциальная энергия — 5,88 Дж, кинетическая — 0 Дж.

---

Задача 2

Пружина сжата на 0,05 м. Жёсткость пружины 500 Н/м. Найти энергию упругой деформации.

Решение:

​

Ответ:
0,625 Дж.

---

Задача 3

Автомобиль массой 1000 кг движется со скоростью 20 м/с. Найти его кинетическую энергию и полную энергию, если он поднят на холм высотой 10 м.

Решение:

1. Кинетическая энергия:

2. Потенциальная энергия:

3. Полная энергия:

Ответ:
Кинетическая энергия — 200 000 Дж, полная — 298 000 Дж.

---

Вопросы для самопроверки

1. Что такое механическая энергия и из каких видов она состоит?

2. В каких случаях полная механическая энергия системы сохраняется?

3. Как изменяется механическая энергия тела при наличии силы трения?

4. Почему при падении тела его потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая увеличивается?

5. В каких задачах нужно учитывать энергию упругой деформации?

6. Что происходит с механической энергией, когда тело скользит по наклонной плоскости с трением?