Cum se schimbă energia mecanică potențială, cinetică și totală a corpului atunci când cade în libertate? dacă corpul este aruncat?
Să ne întoarcem la un sistem simplu de corpuri constând dintr-un glob și un corp ridicat peste suprafața Pământului, de exemplu o piatră.
Piatra cade sub acțiunea gravitației. Rezistența la aer nu va fi luată în considerare. Schimbarea energiei cinetice a unei pietre este egală cu lucrarea de gravitate:
Schimbarea energiei potențiale este egală cu lucrarea de gravitate, luată cu semnul opus:
Lucrarea de gravitate, care acționează de la piatră la glob, este practic zero. Datorită masei mari a globului, variația deplasării și a vitezei sale poate fi neglijată. Rezultă din (5.23) și (5.24) că
Ecuația (5.25) înseamnă că creșterea energiei cinetice a sistemului este egală cu scăderea energiei sale potențiale (sau invers). Rezultă că
Modificarea sumei energiilor cinetice și potențiale ale sistemului este zero.
Energia mecanică totală E este egală cu suma energiilor cinetice și potențiale ale corpurilor care intră în sistem:
Deoarece schimbarea energiei totale a sistemului în cazul în cauză este egală cu zero conform ecuației (5.26), energia rămâne constantă:
Legea conservării energiei mecanice
Într-un sistem izolat în care acționează forțele conservatoare, energia mecanică este păstrată.
Legea conservării energiei mecanice este un caz special al legii generale de conservare a energiei.
Legea generală de conservare a energiei
Energia nu este creată sau distrusă, ci doar transformată dintr-o formă în alta.
Luând în considerare faptul că în cazul particular în cauză En = mgh și legea conservării energiei mecanice pot fi scrise astfel:
Această ecuație face foarte ușor de a găsi piatra υ2 viteza la orice înălțime h2 deasupra solului, dacă știm viteza inițială a pietrei de pe înălțimea h1 originală.
Ce ne neglijăm atunci când spunem că energia mecanică a unei pietre care se încadrează este păstrată? Ce transformări de energie apar de fapt când o piatră cade în aer?
Legea conservării energiei mecanice (5,28) este ușor de generalizat la orice număr de organisme și toate forțele conservatoare de interacțiune între ele. Prin Ek trebuie să înțelegem suma energiilor cinetice ale tuturor corpurilor și pentru En, energia totală potențială a sistemului. Pentru un sistem format dintr-un m de masa corporala si arc dispus orizontal (vezi. Fig. 5.13), drept mecanică conservarea energiei este de forma
Reducerea energiei mecanice a sistemului sub acțiunea forțelor de frecare. Să luăm în considerare influența forțelor de frecare asupra schimbării energiei mecanice a sistemului.
Dacă într-un sistem izolat forțele de fricțiune funcționează când corpurile se mișcă unul față de celălalt, atunci energia mecanică nu este conservată. Acest lucru este ușor de văzut prin împingerea cărții de pe masă. Din cauza forței de frecare, cartea se oprește aproape imediat. Energia mecanică raportată la ea dispare.
Forța de frecare are efect negativ și reduce energia cinetică. Dar energia potențială nu crește.
Prin urmare, energia mecanică totală scade. Energia cinetică nu se transformă într-una potențială.
Încălzirea sub acțiunea forțelor de frecare este ușor de detectat. Pentru aceasta, de exemplu, este suficient să frecați moneda energic pe masă. Cu o temperatură în creștere, după cum se știe din cursul fizicii din școala principală, crește energia cinetică a mișcării termice a moleculelor sau a atomilor. În consecință, sub acțiunea forțelor de fricțiune, energia cinetică a corpului devine energia cinetică a moleculelor în mișcare haotic.
Forțele de frecare (rezistență) nu sunt conservatoare. Diferența dintre forțele de fricțiune și forțele conservatoare devine deosebit de clară, dacă se ia în considerare lucrarea ambelor într-un mod închis. Lucrarea de gravitație, de exemplu, pe o cale închisă este întotdeauna zero. Este pozitiv când corpul cade de la o înălțime h și este negativ când se ridică la aceeași înălțime. Lucrarea forței de rezistență a aerului este negativă atât atunci când corpul se ridică în sus, cât și când se mișcă în jos. Prin urmare, pe o cale închisă, este în mod necesar mai mică de zero.
În orice sistem format din corpuri macroscopice mari, acționează forțele de frecare. În consecință, chiar și într-un sistem izolat de corpuri în mișcare, energia mecanică scade în mod necesar. Treptat, oscilațiile pendulului sunt amortizate, mașina cu motorul oprit și așa mai departe.
Dar scăderea energiei mecanice nu înseamnă că această energie dispare complet. De fapt, există o tranziție a energiei de la forma mecanică la alții. De obicei, când forțele de frecare funcționează, corpurile sunt încălzite sau, cum se spune, creșterea energiei lor interne.
In toate procesele care au loc în natură, ca și în instrumentele stabilite, dispozitive, întotdeauna legea conservării și transformării energiei: energia nu dispare sau reapare, se poate muta doar de la o formă la alta.
Notați legea conservării energiei mecanice pentru sistemul "cu bile", dacă bilele oscilează pe un arc vertical.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: