Энергия, закон сохранения энергии 

Опыт 1,2,3

Опыт 1

Бро­сим тен­нис­ный мяч с опре­де­лен­ной вы­со­ты, он уско­рит­ся (в ре­зуль­та­те – упа­дет), сила тя­же­сти со­вер­шит ра­бо­ту (рис. 1).

Рис. 1. Ил­лю­стра­ция к опыту 1

Опыт 2

По­ме­стим ди­на­мо­метр го­ри­зон­таль­но вдоль плос­ко­сти стола, при­кре­пим к нему груз и рас­тя­нем ди­на­мо­метр. От­пу­стив, пру­жи­на при­мет свое пер­во­на­чаль­ное со­сто­я­ние до рас­тя­же­ния и по­тя­нет груз за собой. Пру­жи­на со­вер­ши­ла ра­бо­ту (рис. 2).

Рис. 2. Ил­лю­стра­ция к опыту 2

Опыт 3

Возь­мем иг­ру­шеч­ную ма­шин­ку, при­дав ей ско­рость, толк­нем в сто­ро­ну де­ре­вян­но­го ку­би­ка. Ма­шин­ка, уда­рив­шись о кубик, сдви­ну­ла его, тем самым со­вер­шив ра­бо­ту по пе­ре­ме­ще­нию ку­би­ка.

Во всех этих опы­тах тело или несколь­ко тел могут со­вер­шить ра­бо­ту, зна­чит, они об­ла­да­ют энер­ги­ей.

Механическая энергия

Ме­ха­ни­че­ская энер­гия – это спо­соб­ность тела или си­сте­мы вза­и­мо­дей­ству­ю­щих тел со­вер­шить ме­ха­ни­че­скую ра­бо­ту.

Е – обо­зна­че­ние энер­гии или пол­ной энер­гии в фи­зи­ке.

Будем на­хо­дить энер­гию через мак­си­маль­ную ра­бо­ту , так же, как и ра­бо­та, энер­гия в си­сте­ме СИ из­ме­ря­ет­ся в джо­у­лях [Дж].

В ме­ха­ни­ке энер­гия пред­став­ле­на двумя ви­да­ми:

Полная механическая энергия

Рас­смот­рим слу­чай, когда ре­зи­но­вый шарик на­хо­дит­ся на вы­со­те h и у нас есть ну­ле­вой уро­вень. В этом слу­чае по­тен­ци­аль­ная энер­гия (П) на­хо­дит­ся по фор­му­ле, с ко­то­рой мы по­зна­ко­ми­лись в преды­ду­щих уро­ках, а ки­не­ти­че­ская энер­гия (К) будет равна нулю, по­то­му что тело непо­движ­но, ско­рость равна нулю (рис. 3).

Рис. 3. Ил­лю­стра­ция к при­ме­ру

Все ме­ня­ет­ся, когда шарик от­пус­ка­ет­ся, вы­со­та умень­ша­ет­ся, по­тен­ци­аль­ная энер­гия умень­ша­ет­ся, а ки­не­ти­че­ская воз­рас­та­ет. Перед самым па­де­ни­ем, у по­верх­но­сти, ско­рость до­стиг­нет мак­си­му­ма так же, как и ки­не­ти­че­ская энер­гия. Ки­не­ти­че­скую энер­гию на­хо­дим по фор­му­ле при­ве­ден­ной ранее, а по­тен­ци­аль­ная энер­гия будет равна нулю, так как шарик на­хо­дит­ся на ну­ле­вом уровне (рис. 4).

Рис. 4. Ил­лю­стра­ция к при­ме­ру

Ис­хо­дя из этого опыта, де­ла­ем вывод, что по­тен­ци­аль­ная энер­гия может пе­ре­хо­дить в ки­не­ти­че­скую. При па­де­нии ша­ри­ка по­тен­ци­аль­ная энер­гия пе­ре­хо­дит в ки­не­ти­че­скую, а при подъ­еме ша­ри­ка после от­ско­ка ки­не­ти­че­ская энер­гия пе­ре­хо­дит в по­тен­ци­аль­ную. В этом и за­клю­ча­ет­ся закон со­хра­не­ния энер­гии.

Заключение

На уроке мы вы­яс­ни­ли, что если одно тело или си­сте­ма вза­и­мо­дей­ству­ю­щих тел могут со­вер­шить ме­ха­ни­че­скую ра­бо­ту, то они об­ла­да­ют энер­ги­ей, часто эту энер­гию на­зы­ва­ют пол­ной ме­ха­ни­че­ской энер­ги­ей (Е). Из­ме­ря­ет­ся она в Дж, по­то­му что равна мак­си­маль­ной ра­бо­те. Вы­яс­ни­ли, что в ме­ха­ни­ке энер­гия пред­став­ля­ет­ся двумя ви­да­ми энер­гии: ки­не­ти­че­ской (К) и по­тен­ци­аль­ной (П), а пол­ная ме­ха­ни­че­ская энер­гия – это их сумма. Разо­бра­лись, что каж­дый вид энер­гии может пе­ре­хо­дить в дру­гой, но при этом пол­ная ме­ха­ни­че­ская энер­гия – ве­ли­чи­на по­сто­ян­ная.