Фізика 10 клас.
Механічна енергія.
Потенціальна і кінетична енергія.
Опрацювати п. 34, 35, 36 розв'язати задачі 1-3 з вправи 29
сторінка 173
Подивитись і
опрацювати фільм в Youtube
«Кінетична
іпотенціальна енергія» bandikam 20140411200000328
Зробити самооцінку
знань за фільмом
Перевірка домашнього
завдання.
1. Що таке механічна робота?
2. Від чого залежить значення роботи?
3. Як розрахувати роботу?
4. Які є одиниці роботи?
5. Чи завжди швидкість виконання роботи однакова?
6. Яку фізичну величину називають потужністю?
7. Як розрахувати потужність?
8. Яка основна одиниця потужності?
9. Які похідні одиниці потужності?
10. Чому потужність пов'язана зі швидкістю руху?
11. Наведіть приклади різної швидкості виконання роботи.
12. Як розрахувати роботу, знаючи потужність?
. Актуалізація
опорних знань.
Слово «енергія» можна почути в телевізійних репортажах,
побачити на шпальтах газет. Ним можна користуватися для характеристики людей
(енергійний), природних явищ, машин, механізмів, побутових приладів. І як
енергія пов’язана з роботою.
У повсякденному житті можна знайти багато різних тіл, при
переміщенні яких може виконуватися робота. Так, випущена з рук кулька почне
падати під дією сили тяжіння, яка виконуватиме роботу з переміщення кульки.
Стиснута пружина може підняти на певну висоту тягарець. Тут
сила пружності виконає роботу з переміщення тягарця. Але як пов’язати роботу і
енергію?
Пояснення нового
матеріалу.
Що таке енергія?
Енергія — це фізична величина, що показує, яка робота може
бути виконана при переміщенні тіла.
Можна навести ще багато різних прикладів із природи, з
повсякденного життя, з техніки, в яких ідеться про тіла, які знаходяться в
такому стані, що за певних умов може виконатися робота при їх переміщенні. Про
такі тіла кажуть, що
вони мають енергію. За різних умов результат виконання
роботи може бути різним. Тому й енергія може мати різні значення та бути
розрахована.
Одиниці енергії
Оскільки йдеться про можливість виконання роботи, то енергію
доцільно вимірювати тими самими одиницями, що й роботу. Тому одиницею енергії є
1 Дж.
^ Види механічної
енергії.
У фізиці розрізняють два види механічної енергії:
потенціальну і кінетичну. Якщо тіло нерухоме, але на нього діє певна сила, то
кажуть, що воно має потенціальну енергію.
Потенціальну енергію має тіло, підняте над поверхнею Землі,
стиснута пружина, стиснутий газ, річкова вода у водоймищі тощо.
^ Як розраховують
потенціальну енергію ?
Розраховують потенціальну енергію з урахуванням природи сил,
які діють на ці тіла. Найпростіше розрахувати потенціальну енергію тіла,
піднятого над поверхнею Землі, оскільки сила, яка діє на нього, залишається
практично сталою протягом усього часу його руху під дією цієї сили.
Нехай тіло масою т знаходиться на висоті h над землею. Якщо воно впаде на
поверхню, то буде виконана робота
А = Fs = mgh.
Отже, про таке тіло можна сказати, що воно має потенціальну
енергію
Еп = mgh.
Потенціальна енергія
тіла, піднятого над поверхнею Землі, пропорційна масі тіла і його висоті над
поверхнею Землі.
При розрахунках потенціальної енергії важливо пам'ятати, що
висота h є шляхом, яке
тіло пройде у вертикальному напрямі. Отже, завжди треба вказувати, відносно
якої поверхні визначається потенціальна енергія. Наприклад, тіло масою 2 кг, підняте над столом на
висоту 1,5 м,
матиме потенціальну енергію приблизно ЗО Дж, а потенціальна енергія цього тіла,
розрахована для висоти 3 м
над підлогою, буде 60 Дж.
Щоб на заводах і фабриках могли працювати машини їх
приводять в рух електродвигуни. Працюють автомобілі, літаки, тепловози,
теплоходи, гідротурбіни, вітродвигуни.
Стиснена пружина, розпрямляючись, може підняти на деяку
висоту вантаж.
Піднятий над землею нерухомий вантаж не виконує роботи, але
коли цей вантаж впаде, то він може виконати роботу. Наприклад, може забити в
землю палю.
Здатність виконати роботу має i всяке рухоме тіло, так сталева кулька,
що скочується з похилої площини, пересуває дерев’яний брусок на деяку відстань,
при цьому виконується робота.
Якщо тіло або
декілька тіл, що взаємодіють між собою можуть виконувати роботу, то кажуть, що
вони мають енергію.
Енергія — це фізична
величина, яка показує, яку роботу може виконати тіло або декілька тіл.
^ Потенціальна
енергія.
З попереднього уроку ми знаємо, що виконавши певну роботу,
можна підняти тіло над поверхнею Землі.
Тіло, підняте над Землею, відрізняється від тіла, що лежить
на поверхні, тим, що рухаючись під дією сили земного тяжіння вниз, може
виконати певну роботу. Про таке тіло кажуть, що воно має потенціальну енергію.
Потенціальною (від латинського, потенція — можливість)
енергією називається енергія. яка визначається взаємним положенням взаємодіючих
тіл, або частин одного i
того ж тіла.
Потенціальна енергія
тіла, піднятого над Землею, дорівнює роботі, яку необхідно виконати, щоб
підняти тіло на цю висоту.
Тому
A = 9,8 Н/кг•m•h
Eп=9,8 Н/кг•m•h
Потенціальна енергія
пружино деформованого тіла.
Потенціальну енергію мають не лише тіла, підняті над Землею.
Прослідкуйте уважно за дослідом: стиснемо пружину і покладемо на неї кульку. Розпрямившись,
пружина піднімає кульку вгору, тобто виконує роботу.
Пружно деформовані
тіла мають потенціальну енергію, рівну роботі, виконаній при деформації тіла.
За рахунок цієї енергії пружно деформоване тіло може
виконати роботу.
Використання енергії деформованих тіл.
Потенціальна енергія деформованих тіл широко
використовується:
1. Батут, будучи деформованим, підкидає гімнаста вгору.
2. Натягуючи тятиву, лучник виконує роботу і надає пружно
деформованому тілу потенціальної енергії.
3. Енергію пружин використовують у годинниках, метрономах
тощо.
4. Завдяки пружинам-ресорам поїздка автомобілем є
комфортною.
^ Кінетична енергія
Спостереження за явищами природи показують, що робота може
виконуватися при русі тіл. Так, тепловоз, рухаючись колією, стикається з
вагоном і зміщує його на деяку відстань. Виконується робота і в тому випадку,
коли кинутий камінь пробиває кригу. Вистрілена з рушниці куля пробиває дошку
тощо. Якщо потенціальну енергію мають тіла, на які діє сила, то в перелічених
вище прикладах робота виконується тому, що вони здійснювали переміщення,
рухалися.
Яку енергію мають
рухомі тіла?
Кінетична енергія є фізичною величиною, і її значення можна
розраховувати. Для цього треба знати, від яких фізичних величин вона залежить.
Кінетична енергія тіла залежить від його швидкості.
Кінетичну енергію
різних тіл використовують для виконання механічної роботи. Так,
досвідчені водії автомобілів час від часу від'єднують двигун від коліс,
вимикаючи зчеплення, і цим економлять паливо. Робота з подолання сил тертя
виконується за рахунок кінетичної енергії автомобіля, який рухається з деякою
швидкістю. Конструктори працюють над розробкою моделі міського автобуса, який
рушає з місця за рахунок енергії розкрученого під час зупинки важкого маховика.
Це дає можливість суттєво зменшити викиди шкідливих речовин в атмосферу та
економити паливо.
У південних
областях України, зокрема на Кримському півострові, використовують вітрові
електростанції, які працюють за рахунок кінетичної енергії рухомого повітря —
вітру.
Енергія, яку має тіло
внаслідок свого руху, називається кінетичною (від грецького кінема — рух).
Кінетична енергія
тіла залежить i від його маси.
Чим більша маса тіла i швидкість, з якою воно рухається, тим більша його кінетична
енергія.
Кінетична енергія тіла залежить від його маси та швидкості,
і визначається за формулою:
Eк
=(m•v2)/2, де m - маса тіла, v – його швидкість
Перетворення енергії.
Всі тіла в природі відносно нульового значення мають або
потенціальну, або кінетичну енергію, або ту чи іншу разом взяті. Наприклад,
літак, що летить, має відносно Землі i кінетичну i
потенціальну енергії.
При падінні
каменя під дією сили падіння відбувається перехід його потенціальної енергії в
кінетичну.
^ Закон збереження і перетворення енергії
Для обох видів
механічної енергії є спільна властивість: при виконанні роботи енергія тіла
завжди змінюється.
^ Як змінюється повна
механічна енергія тіла?
Піднятий над поверхнею Землі м'яч має певну потенціальну
процесі падіння швидкість м'яча збільшується, тобто збільшується його кінетична
енергія. Внаслідок виконання роботи силою тяжіння кінетична енергія м'яча
збільшилася. Проте зменшилася потенціальна енергія. Отже, можна сказати, що
кінетична і потенціальна енергії пов'язані одна з одною. Зі збільшенням
кінетичної енергії зменшується потенціальна енергія, і навпаки. Кинутий вгору
м'яч має спочатку велику швидкість і відповідно кінетичну енергію. При
підніманні м'яча вгору збільшується його потенціальна енергія, але швидкість і
кінетична енергія м'яча поступово зменшуються.
Отже, тіло одночасно
може мати як кінетичну, так і потенціальну енергії.
Який зв'язок між кінетичною і потенціальною
енергією тіла
Мірою зміни
кінетичної і потенціальної енергій є робота. При зміні потенціальної енергії
тіла, що рухається вниз, виконується робота силою тяжіння. За рахунок цієї
роботи відбувається збільшення кінетичної енергії. Якщо на дане тіло не діють сили тертя, то його повна механічна енергія
залишається сталою. Це один із важливих законів природи, який
потрібно враховувати при розрахунках параметрів руху тіл.