Кинетическая энергия плюс потенциальная энергия. Потенциальная и кинетическая энергия. Понятие «механическая работа

Работа. Механическая энергия. Кинетическая и потенциальная энергия

Работа совершается в природе всегда, когда какое-либо тело в направлении его движения или против него действует сила (или несколько сил) со стороны другого тела (других тел).

Работа силы равна произведению модулей силы и перемещения точки приложения силы и на косинус угла между ними.

А= F·S·соs, где А – работа, (Дж); F – сила, (Н); S- перемещение, (м).

Если угол равен между векторами F и S равен 90 0 , то А= F·S.

Работа силы – это величина, равная произведению силы, приложенной к телу на величину перемещения. Работа силыскалярная величина. Она может быть положительной, отрицательной или равна нулю. Знак работы определяется знаком косинуса угла между силой и перемещением. Если , то А>0, тогда как косинус острых углов положителен. При >90 0 работа отрицательна, т.к. косинус тупых углов отрицателен. При =90 0 (сила перпендикулярна перемещению) работа не совершается. В СИ работа измеряется в джоулях (Дж). 1Дж = 1Н·м. Итак, джоуль – это работа, совершаемая силой на перемещении , если направленная сила и перемещения совпадают.

Энергия характеризует способность тела (или система тел) совершать работу.

Различают два вида механической энергии – кинетическая Ек и потенциальная Еп.

Обратим внимание, что у работы и энергии одинаковые единицы измерения. Это означает, что работа может переходить в энергию. Например, для того, чтобы тело поднять на некоторую высоту, тогда оно будет обладать потенциальной энергией, необходима сила, которая совершит эту работу. Работа силы по поднятию перейдет в потенциальную энергию.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел равна сумме потенциальной и кинетической энергий системы: Е = Ек +Еп.

Закон сохранения механической энергии гласит : В изолированно системе, в которой действуют консервативные силы, механическая энергия сохраняется: Е = Ек +Еп = const.

Энергия не создается и не уничтожается, а только превращается из одной формы в другую: из кинетической в потенциальную и наоборот. Учитывая значение Ек и Еп, закон сохранения механической

энергии можно записать так:

В состоянии 2 тело обладает кинетической энергией (так как уже развило скорость), но при этом потенциальная энергия уменьшилась, так как h2 меньше h1. Часть потенциальной энергии перешло в кинетическую.

Состояние 3 — это состояние перед самой остановкой. Тело как бы только-только дотронулось до земли, при этом скорость максимальная. Тело обладает максимальной кинетической энергией. Потенциальная энергия равна нулю (тело находится на Земле).

Читать еще:  Вялость и страх не дают мне жить. Живу тем, что не дает мне жить. Мышлением

Полные механические энергии равны между собой , если пренебрегать силой сопротивления воздуха.

Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения энергии

Понятие энергии

Энергия – скалярная величина. В системе СИ единицей измерения энергии является Джоуль.

Кинетическая и потенциальная энергия

Различают два вида энергии – кинетическую и потенциальную.

Потенциальная энергия в поле тяготения Земли – это энергия, обусловленная гравитационным взаимодействием тела с Землей. Она определяется положением тела относительно Земли и равна работе силы тяжести по перемещению тела из данного положения на нулевой уровень:

Потенциальная энергия упруго деформированного тела – энергия, обусловленная взаимодействием частей тела друг с другом. Она равна работе внешних сил по растяжению (сжатию) недеформированной пружины на величину :

Тело может одновременно обладать и кинетической, и потенциальной энергией.

Полная механическая энергия тела или системы тел равна сумме кинетической и потенциальной энергий тела (системы тел):

Закон сохранения энергии

Для замкнутой системы тел справедлив закон сохранения энергии:

    полная механическая энергия замкнутой системы тел есть величина постоянная:

В случае, когда на тело (или систему тел) действуют внешние силы, например, сила трения, закон сохранения механической энергии не выполняется. В этом случае изменение полной механической энергии тела (системы тел) равно работе внешних сил:

Закон сохранения энергии позволяет установить количественную связь между различными формами движения материи. Так же, как и закон сохранения импульса, он справедлив не только для механических движений, но и для всех явлений природы. Закон сохранения энергии говорит о том, что в энергию в природе нельзя уничтожить так же, как и создать из ничего.

В наиболее общем виде закон сохранения энергии можно сформулировать так:

  • энергия в природе не исчезает и не создается вновь, а только превращается из одного вида в другой.

Примеры решения задач

Так как сила сопротивления вала противоположна направлению движения пули, работа этой силы:

Изменение кинетической энергии пули:

Таким образом, можно записать:

откуда сила сопротивления земляного вала:

Переведем единицы в систему СИ: г кг.

Вычислим силу сопротивления:

откуда скорость плиты с грузом после удара:

По закону сохранения энергии полная механическая энергия груза вместе с плитой после удара равна потенциальной энергии сжатой пружины:

Далее решаем квадратное уравнение:

Ускорение свободного падения м/с .

Отрицательный корень отбрасываем как неподходящий по смыслу задачи.

Конспект урока: «Работа силы. Мощность. Механическая энергия тела: потенциальная и кинетическая. Закон сохранения энергии»

Идёт приём заявок

Подать заявку

Для учеников 1-11 классов и дошкольников

Физика 10 класс Урок № 21 21.11.17

Тема: Работа силы. Мощность. Механическая энергия тела: потенциал ьна я и кинетическая. Закон сохранения энергии.

Тип урока: комбинированный.

1. Обучающие: Формирование навыков и умений выводить формулы, применение их при решении задач.

2. Развивающие: развитие умения выявлять закономерности, обобщать; способствовать развитию познавательного интереса учащихся , логического мышления, развитие вычислительных навыков, устной речи, памяти, внимания.

Читать еще:  Экологический проект в подготовительной группе. Проект в подготовительной группе Экологическая зелёная неделя""

3. Воспитательные: содействовать воспитанию взаимовыручки, активности, умения общаться, помогать друг другу.

Оборудование: мультимедийный комплекс , презентация к уроку.

Если на тело действует сила и тело под действием этой силы перемещается, то говорят, что сила совершает работу.

II.Проверка домашнего задания.

Закон сохранения импульса. Пример – реактивное движение.

III . Изучение нового материала

Понятие механической работы. Механическая работа – это скалярная величина, равная произведению модуля силы, действующей на тело, на модуль перемещения и на косинус угла между вектором силы и вектором перемещения (или скорости). A = Fs cos α

Работа является скалярной величиной. Она может быть как положительна (0° ≤ α 3 Дж; 1кВт·ч = 3,6·10 6 Дж

Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией.

Понятие кинетической энергии.

Механическая энергия тела – это скалярная величина, равная максимальной работе, которая может быть совершена в данных условиях. Обозначается Е Единица энергии в СИ [1Дж = 1Н*м] Механическая работа есть мера изменения энергии в различных процессах А = ΔЕ.

Различают два вида механической энергии – кинетическая Ек и потенциальная Еp энергия.

Полная механическая энергия тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергий

Кинетическая энергия – это энергия тела, обусловленная его движением.

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела :

=. Кинетическая энергия – это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m , движущегося со скоростью V равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость: A=Ek. Если тело движется со скоростью V , то для его полной остановки необходимо совершить работу A=-Ek

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятие потенциальной энергии или энергии взаимодействия тел .

Потенциальная энергияэнергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела.

Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями . Такие силы называются консервативными . Работа консервативных сил на замкнутой траектории равна нулю . Свойством консервативности обладают сила тяжести и сила упругости . Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Понятие потенциальной энергии.

Энергия взаимодействия тел или частей тела. Потенциальная энергияэнергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела. Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения тела и определяется только начальным и конечным положениями . Такие силы называются консервативными . Работа консервативных сил на замкнутой траектории равна нулю . Свойством консервативности обладают сила тяжести и сила упругости . Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Читать еще:  Как слепить с пластилина животных или динозавров. Лепим динозавров из пластилина

П отенциальная энергия тела в поле силы тяжести (потенциальная энергия тела, поднятого над землёй): E=mgh. Она равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень. Понятие потенциальной энергии можно ввести и для упругой силы . Эта сила также обладает свойством консервативности. Растягивая (или сжимая) пружину, мы можем делать это различными способами. Можно просто удлинить пружину на величину x, или сначала удлинить ее на 2x, а затем уменьшить удлинение до значения x и т. д. Во всех этих случаях упругая сила совершает одну и ту же работу, которая зависит только от удлинения пружины x в конечном состоянии, если первоначально пружина была недеформирована. Эта работа равна работе внешней силы A, взятой с противоположным знаком :

E= , где k – жесткость пружины. A=-Ep

Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Потенциальной энергией пружины (или любого упруго деформированного тела) называют величину

Работа силы тяжести. ( Вывод по учебнику). Видеоролик.

взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной. Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона. Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией . Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаимные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию, и наоборот, или переход энергии от одного тела к другому. Е = Ек + Еp = const

Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды. Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

IV . Закрепление изученного материала Стр 134 ЕГЭ к параграфу

V . Итог урока Знаете ли вы что…

. сердце человека, перекачивая кровь, за одно сокращение совершает около 1 Дж работы. Этой работы будет достаточно для подъема гири массой 10 кг на высоту 1 см.

. мощность, развиваемая взрослым человеком при обычной ходьбе по ровной дороге равна 60–65 Вт. При быстрой же ходьбе уже требуется мощность 200 Вт. Для сравнения скажем, что мощность электродвигателя домашней кофемолки 100–200 Вт, а мясорубки – 500 Вт.

Рефлексия. Сегодня на уроке…

VI . Домашнее задание: §40-44упр. № 1,2 стр 139.

Источники:

http://kaplio.ru/rabota-mehanicheskaya-energiya-kineticheskaya-i-potentsialnaya-energiya/
http://ru.solverbook.com/spravochnik/mexanika/dinamika/zakon-soxraneniya-energii/
http://infourok.ru/konspekt-uroka-rabota-sili-moschnost-mehanicheskaya-energiya-tela-potencialnaya-i-kineticheskaya-zakon-sohraneniya-energii-3078294.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector