Кінетична і потенціальна енергія

Тема: КІНЕТИЧНА І ПОТЕНЦІАЛЬНА ЕНЕРГІЯ

Ознайомитись з теоретичним матеріалом

Потенціальна енергія — це частина механічної енергії, яка визначається взаємним положенням тіл, що взаємодіють, тобто потенціальна енергія — це енергія взаємодії.

Приклади тіл, які мають потенціальну енергію: система «Земля-піднятий вантаж»; деформована пружина.

Потенціальна енергія позначається символом Е_п . [Е_п ] = Дж (СІ). Зміна потенціальної енергії і роботи, виконаної системою, пов'язані співвідношенням .

1.    На що вказує знак «‒» у даній формулі? (Якщо під час зміни взаємного положення тіл система виконує додатну роботу, її потенціальна енергія зменшується, якщо система виконує від'ємну роботу, її потенціальна енергія збільшується.)

2.    Як змінюється потенціальна енергія пружини, коли її розтягують; стискають? Коли вона повертається до початкового стану? (З формули  випливає, що, фізичний зміст має саме зміна потенціальної енергії. Вибір нульового рівня потенціальної енергії визначається міркуванням зручності при розв'язанні конкретної задачі*)

2.    Зв 'язок роботи і потенціальної енергії

1)   Потенціальна енергія вантажу, піднятого над землею

Коли піднімають вантаж масою  над землею на висоту , силою тяжіння виконується робота , тому потенціальна енергія системи «Земля-вантаж» збільшується. Якщо прийняти за нульовий рівень потенціальної енергії стан системи, коли тіло перебуває на поверхні землі, то потенціальна енергія вантажу, піднятого над землею, визначається за формулою:

.

У цьому випадку мають на увазі потенціальну енергію системи тіл, що взаємодіють, «Земля-вантаж». Але не завжди доречно обирати за нульовий рівень енергії рівень землі. Скажімо, в кімнаті доречно зіставляти нульовий рівень із поверхнею підлоги. Проте зміна потенціальної енергії в будь-якому конкретному досліді буде тією самою.

2)   Потенціальна енергія деформованої пружини

Потенціальна енергія деформованої пружини дорівнює роботі, яку треба виконати, щоб деформувати пружину. Ця робота, як нам вже відомо, обчислюється за формулою , де — жорсткість пружини, — її видовження.

Енергія деформованої пружини: .

Зміна потенціальної енергії вимірюється роботою, яку може виконати система тіл під час зміни взаємного положення тіл. Якщо всі тіла повернулися у початкове положення, потенціальна енергія системи не змінилася. Отже, потенціальну енергію можна визначити тільки для сил, робота яких по замкнутій траєкторії дорівнює нулю. Цю умову задовольняють тільки сила тяжіння і сила пружності.

3.    Закон збереження і перетворення енергії

Припустімо, що в замкненій ізольованій системі тіл, в якій не існує сили тертя і немає пружних деформацій, внутрішні сили під час взаємодії тіл виконали роботу . Ця робота приведе до зміни кінетичної і потенціальної енергії.

Закон збереження механічної енергії: Якщо між тілами замкненої системи діють тільки сили тяжіння' і сили пружності, механічна енергія тіла зберігається:

Якщо крім сил тяжіння і пружності в системі діє сила тертя ковзання, механічна енергія зменшується. Перебуваючи під дією сили тертя ковзання, тіла нагріваються, тобто механічна енергія частково перетворюється у внутрішню. Досліди, проведені в кращих фізичних лабораторіях світу, довели, що повна енергія ізольованої системи за будь-яких змін, які відбуваються всередині системи, залишається сталою. Це і є фундаментальний закон фізики — закон перетворення й збереження енергії.

Але слід мати на увазі, що, подібно до законів природи, він не може бути отриманий ні експериментально (з дослідів), ні логічно. Він випливає із сукупності фактів, які має сучасна наука. Його справедливість підтверджена багатовіковою практикою людської діяльності. Немає і не може бути машин, механізмів і пристроїв, де б порушувався закон збереження енергії

Розв"язання задачі на визначення кінетичної і потенціальної енергії

Умова задачі (спробуйте зробити самостійно, а тоді звіритись із розв"язанням)

Камінь масою 500 г кинули вертикально вгору зі швидкістю 20 м/с. Визначте кінетичну і потенціальну енергії каменя на висоті 10 м

Вивчити та виписати визначення та формули.

Законспектувати задачу.

Опрацювати матеріал підручника https://vseosvita.ua/library/pidrucnik-fizika-10-klas-avtori-tm-zasekina-dozasekin-riven-standartu-368557.html параграф 14 ст.89-94

Зробити вправа 14 задача № 4