Механическая энергия. Закон изменения (сохранения) механической энергии

1. Механическая энергия

Механическая энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергии:

E_{\text{мех}} = E_k + E_p

Кинетическая энергия связана с движением тела:

Потенциальная энергия связана с положением тела:

• в поле тяжести:
  

• при деформации:
  

  Таким образом, тело может обладать энергией либо из-за движения, либо из-за своего положения.

Наглядная схема

Верхняя точка:
[●]  E_p — максимальна, E_k = 0

Падение:
[●]  E_p ↓, E_k ↑

Нижняя точка:
[●]  E_k — максимальна, E_p ≈ 0

2. Закон сохранения механической энергии

Закон сохранения энергии гласит:

В замкнутой системе, где действуют только консервативные силы, механическая энергия сохраняется.

Это означает:

• энергия не исчезает

• она только переходит из одной формы в другую

Пример

Падающее тело:

• в начале: вся энергия — потенциальная

• в конце: вся энергия — кинетическая

Но их сумма остаётся постоянной.

Наглядная схема

h = H:
E_p = max, E_k = 0

h = H/2:
E_p = E_k

h = 0:
E_k = max, E_p = 0

3. Закон изменения механической энергии

Если в системе действуют внешние силы (например, трение), энергия изменяется:

​

  Работа внешних сил равна изменению механической энергии.

4. Роль силы трения

Сила трения — непотенциальная сила, она уменьшает механическую энергию.

• часть энергии превращается в тепло

• механическая энергия системы уменьшается

Наглядная схема

[■] → движение
Fтр ←

E_мех уменьшается
энергия → тепло

5. Пример с трением

Тело скользит по поверхности:

• начальная энергия: (E_p) или (E_k)

• часть энергии тратится на преодоление трения

• конечная энергия меньше начальной

  Разница равна работе силы трения.

6. Важные выводы

1. Механическая энергия — сумма кинетической и потенциальной

2. В отсутствии трения энергия сохраняется

3. При наличии трения энергия уменьшается

4. Энергия не исчезает, а превращается в другие виды

5. Закон сохранения энергии — один из важнейших законов физики

Вопросы для самопроверки

1. Что такое механическая энергия?

2. Из каких частей она состоит?

3. Напишите формулу кинетической энергии.

4. Напишите формулу потенциальной энергии.

5. Сформулируйте закон сохранения энергии.

6. Когда механическая энергия сохраняется?

7. Что происходит с энергией при наличии трения?

8. Что показывает закон изменения энергии?

9. Приведи пример превращения энергии.

10. Почему энергия не исчезает?