Tema: Oscilații mecanice și valuri. sunet
Lecția 32. Legea conservării energiei mecanice
Yuryutkin Evgeny Sergheițich
Introducere. Energia mecanică totală
Tema lecției este una dintre legile fundamentale ale naturii - legea conservării energiei mecanice.
Am vorbit anterior despre potențialul și energia cinetică, precum și despre faptul că corpul poate poseda atât potențial, cât și energie cinetică. Înainte de a vorbi despre legea conservării energiei mecanice, să ne reamintim ce este energia totală. Energia totală este suma energiilor potențiale și cinetice ale corpului. Să ne amintim ce se numește un sistem închis. Acesta este un sistem în care există un număr strict definit de corpuri interacționate, dar niciun alt organism din afară din acest sistem nu funcționează.
Legea conservării energiei mecanice
Când am decis asupra conceptului de energie totală și a unui sistem închis, putem vorbi despre legea conservării energiei mecanice. Astfel, energia mecanică totală într-un sistem închis de corpuri care interacționează una cu cealaltă prin forțe gravitaționale sau forțe elastice rămâne neschimbată pentru orice mișcare a acestor corpuri.
Este convenabil să se ia în considerare conservarea energiei prin exemplul unei căderi libere a unui corp de la o anumită înălțime. Dacă un corp este în repaus la o anumită înălțime relativ la Pământ, atunci acest corp are o potențială energie. Imediat ce corpul își începe mișcarea, înălțimea corpului scade, iar energia potențială scade. În același timp, viteza începe să crească, apare energia cinetică. Când corpul se apropie de Pământ, atunci înălțimea corpului este 0, energia potențială este de asemenea 0, iar maximul este energia cinetică a corpului. Aici putem vedea transformarea energiei potențiale în energie cinetică. Același lucru se poate spune despre mișcarea corpului din contră, de jos în sus, când corpul este aruncat vertical în sus.
Desigur, trebuie remarcat faptul că am considerat acest exemplu luând în considerare absența forțelor de fricțiune, care în realitate funcționează în orice sistem. Să ne întoarcem la formule și să vedem cum este scrisă legea conservării energiei mecanice :.
Legea conservării energiei în prezența forței de frecare
Imaginați-vă că corpul într-un anumit cadru de referință are energie cinetică și potențială energie. Dacă sistemul este închis, atunci pentru o anumită schimbare a existat o redistribuire, transformarea unui tip de energie în altul, dar energia totală rămâne aceeași în sens. Imaginați-vă o situație în care o mașină se deplasează de-a lungul unui drum orizontal. Șoferul oprește motorul și continuă să conducă cu motorul oprit. Ce se întâmplă în acest caz? În acest caz, mașina are energie cinetică. Dar știi foarte bine că de-a lungul timpului mașina se va opri. Unde a ajuns energia în acest caz? Până la urmă, energia potențială a corpului în acest caz nu sa schimbat, a fost un fel de valoare constantă față de Pământ. Cum a avut loc schimbarea energiei? În acest caz, energia a mers pentru a depăși forțele de fricțiune. Dacă se produce fricțiune în sistem, aceasta afectează și energia acestui sistem. Să vedem cum se înregistrează schimbarea energiei în acest caz.
Schimbările de energie și această schimbare a energiei este determinată de lucrarea împotriva forței de frecare. Putem determina lucrarea utilizând o formulă cunoscută din clasa 7: A = F. * S.
Deci, când vorbim despre energie și muncă, trebuie să înțelegem că de fiecare dată trebuie să ținem seama de faptul că o parte din energie este cheltuită pentru depășirea forțelor de fricțiune. Sunt depuse eforturi pentru a depăși forțele de fricțiune.
În concluzie, aș vrea să spun că munca și energia sunt în mod inerent legate de cantități prin forțe de acțiune.
Problema suplimentară 1 "La caderea unui corp de la o anumită înălțime"
Corpul se află la o înălțime de 5 m de la suprafața pământului și începe să cadă liber. Determinați viteza corpului în momentul contactului cu solul.
H = 5 m 1. EP = m * g * .H
Fig. 2. Problema 2
Când corpul se află la o înălțime de H, are energie potențială și numai energie potențială. Această energie este definită de formula: ЕП = m * g * H. Aceasta va fi energia totală a corpului.
Când corpul începe să se deplaseze în jos, energia potențială scade, dar în același timp crește energia cinetică. La o înălțime care urmează să fie determinată, corpul va avea deja o anumită viteză V. Pentru un punct corespunzător înălțimii h, energia cinetică are forma :. Energia potențială la această altitudine va fi notată după cum urmează :.
Prin legea conservării energiei, energia noastră totală este păstrată. Această energie E = m * g * H rămâne constantă. Pentru punctul h, putem scrie următoarea relație: (conform ZSEC).
Reamintind că energia cinetică de condiția problemei este, putem scrie următoarele: m.g.H = m.g.h + m.g.h.
Rețineți că masa este redusă, accelerația căderii libere este scurtată, după transformări simple obținem că înălțimea la care este îndeplinită o astfel de raport este h = H.
Sarcina suplimentară 3
Două corpuri - o bară de masă m1 și o minge plastilină de masă m2 - se deplasează reciproc la viteze identice. După coliziune, bila plastilină blocată la bară, cele două corpuri continuă să se miște împreună. Determinați cât de multă energie a fost transformată în energia internă a acestor corpuri, luând în considerare faptul că masa barului este de 3 ori masa balonului plastilin.
m1 = 3. m2 m1.V1- m2.V2 = (m1 + m2); U; 3.m2V- m2.V = 4 m2.U
V1 = V2 = V2V = 4U; ; (conform ZSEC)
Schimbarea energiei interne poate fi desemnată Q. După cum știți, există mai multe tipuri de energie. Pe lângă mecanică, există și o energie termică și internă.
Fig. 3. Problema 3
Să se scrie în cadrul de referință ales legea conservării momentului (luând în considerare direcția vitezelor și axa X): m1.V1- m2.V2 = (m1 + m2) .U.
În loc de m1, înlocuim 3.m2: 3.m2V- m2.V = 4 m2.U.
Masele sunt reduse. Folosind această expresie, obținem că viteza finală a acestor corpuri va fi determinată după cum urmează: 2.V = 4.U; .
Aceasta înseamnă că viteza barei și a mingii plastiline împreună va fi de 2 ori mai mică decât viteza înainte de coliziune.
Următorul pas îl reprezintă legea conservării energiei.
În acest caz, energia totală este suma energiilor cinetice ale celor două corpuri. Telefonul care nu a atins încă nu atinge. Ce sa întâmplat apoi, după coliziune? Uită-te la următoarea intrare :.
În partea stângă, părăsim energia totală, iar în partea dreaptă trebuie să scriem energia cinetică a corpurilor după interacțiune și să luăm în considerare faptul că o parte din energia mecanică a devenit cald.
Astfel, avem :. În cele din urmă, primim răspunsul.
Notă: ca urmare a acestei interacțiuni, cea mai mare parte a energiei este transformată în căldură, adică trece în energie internă.
Lista literaturii suplimentare:
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: