§35 Закон сохранения механической энергии
Если мы сожмём пружину, мы потратим свою энергию, но придадим пружине потенциальную
энергию деформации. Энергия не возникает из воздуха, но и не уходит в пустоту. Лучше всего это
видно в следующем примере.
Рассмотрим падение упругого шара с высоты h на стол. Оно происходит в два этапа:
1. Полёт шара:
В верхнем положении у шара нет кинетической энергии (Eк1 = 0) – он неподвижен. Но есть максимальная потенциальная энергия – шар поднят на высоту h. Когда шар начнёт падать, его потенциальная энергия будет уменьшаться (так как уменьшается высота), а кинетическая – увеличиваться (так как увеличивается скорость падения). В момент касания поверхности шар разгонится до максимальной скорости и будет иметь максимальную кинетическую энергию, а потенциальная энергия станет равна нулю, так как будет нулевой высота подъёма. Таким образом, потенциальная энергия поднятого шара переходит в его кинетическую энергию. |
2. Удар о поверхность:
Врезаясь в поверхность, шар сжимается, то есть деформируется. Его кинетическая энергия, которая в момент падения была максимальной, переходит в потенциальную энергию деформации шара и стола. Разжимаясь, шар подпрыгивает вверх. Его |
Этот пример иллюстрирует закон сохранения механической энергии (ЗСМЭ):
Замкнутая система – совокупность тел, на которые не действуют другие тела. Из замкнутой системы энергия не уходит и не поступает в неё снаружи.
Закон сохранения механической энергии выражается формулой:
По закону сохранения энергии шар должен подпрыгивать и падать вечно, но на практике так не происходит. Почему?
Дело в том, что эта система не является замкнутой. При каждом ударе шара о стол часть механической энергии переходит во внутреннюю энергию шара и стола – она заставляет молекулы этих тел двигаться быстрее. А ещё часть энергии расходуется в полете на преодоление сопротивления воздуха.
Замкнутую систему, в которой точно выполняется ЗСМЭ, в жизни найти сложно. Но если потери энергии малы, то при решении задач систему условно считают замкнутой.
Кроме закона сохранения механической энергии, есть общий закон сохранения энергии: энергия не может исчезнуть в никуда (или появиться из ниоткуда), а может только перейти из одного вида в другой или от одного тела к другому.
1. На какие виды делится механическая энергия?
2. Как происходит переход энергии из одного вида в другой?
3. В чём заключается закон сохранения механической энергии?
4. При каком условии закон сохранения механической энергии не выполняется?
5. Какой формулой можно описать ЗСМЭ?