Механическая энергия: Что мы узнали. Вопросы и задания

Что мы узнали

• Энергией называют физическую величину, которая характеризует способность тела или системы взаимодействующих тел совершить работу.

• Единица энергии в СИ 1 Джоуль (Дж).

• Механическая энергия характеризует способность тела или системы тел совершить работу вследствие изменения скорости тела или взаимного положения взаимодействующих тел.

• Механическая энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергии.

• Физическую величину, равную работе, которую совершает движущееся тело при уменьшении его скорости до полной остановки, называют кинетической энергией этого тела.

• Кинетическая энергия Е_к тела массой m, движущегося со скоростью υ, определяется по формуле

• Физическую величину, характеризующую способность системы взаимодействующих тел совершить работу вследствие изменения взаимного положения тел (или частей одного тела), называют потенциальной энергией.

• Потенциальной энергией обладают, например, груз, поднятый над поверхностью Земли, и сжатая пружина.

• Потенциальная энергия поднятого груза Е_п = mgh.

• Кинетическая энергия может превращаться в потенциальную, и обратно.

• Закон сохранения механической энергии: если между телами системы действуют только силы тяготения и силы упругости, то сумма кинетической и потенциальной энергии остаётся неизменной, то есть механическая энергия сохраняется.

• Закон сохранения энергии: энергия не возникает и не исчезает, а может только превращаться из одного вида в другой, а также переходить от одного тела к другому.

Вопросы и задания

Первый уровень

1. Расскажите о том, что такое энергия.

2. Какова единица энергии в СИ? Объясните, почему она совпадает с единицей работы.

3. Расскажите о кинетической энергии тела. Как она выражается через массу тела и его скорость?

4. Расскажите о потенциальной энергии. Приведите примеры систем взаимодействующих тел, обладающих потенциальной энергией.

5. Сравните кинетическую энергию с потенциальной. Что у них общего и чем они различаются?

6. Как выражается потенциальная энергия груза, поднятого над землёй, через его массу и высоту подъёма?

7. Какие превращения энергии происходят при движении камня, брошенного вверх? Считайте, что сопротивлением воздуха можно пренебречь.

8. Расскажите о том, что такое механическая энергия. При каком условии она сохраняется?

9. Камень падает с высоты 10 м. На какой высоте его кинетическая энергия равна потенциальной, если принять потенциальную энергию камня на поверхности земли равной нулю? Сопротивлением воздуха можно пренебречь.

Второй уровень

10. По шоссе едут легковой автомобиль массой 1 т и грузовик массой 4 т. Скорость легкового автомобиля в 3 раза больше, чем скорость грузовика. Кинетическая энергия какого автомобиля больше? Во сколько раз больше?

11. Акробат падает на батут (упругую сетку), который подбрасывает акробата вверх. Какие превращения энергии при этом происходят?

12. Автомобиль едет вниз по склону с постоянной скоростью. Изменяется ли при этом кинетическая энергия автомобиля? потенциальная? механическая? Как изменятся ответы на вопросы при движении автомобиля вверх по склону?

13. Груз упал с высоты 5 м. Сохраняется ли в процессе падения механическая энергия, если скорость груза у поверхности Земли равна 8 м/с? Если не сохраняется, то почему?

14. Мальчик прижал ко дну наполненной водой ванны пластмассовый кубик и отпустил его. Кубик начал всплывать. Как изменяется при этом потенциальная энергия кубика? воды в ванне? сумма потенциальных энергий кубика и воды?

15. Мальчик на санях спускается с горки высотой 20 м. Чему была бы равна скорость саней в конце спуска, если бы механическая энергия во время спуска сохранялась? Сравните эту скорость со скоростью автомобиля 60 км/ч.

16. В чём состоит ошибка изобретателя вечного двигателя, изображённого на рис. 28.3, г?

17. Составьте задачу на механическую энергию, ответом которой было бы «В этот момент кинетическая энергия груза равна его потенциальной энергии».

Домашняя лаборатория

Сделайте самодельный маятник, подвесив небольшой груз к нити. Наблюдая за его колебаниями, определите, в какие моменты потенциальная энергия груза наибольшая? наименьшая? Каким моментам соответствуют наибольшее и наименьшее значения кинетической энергии? Когда потенциальная энергия превращается в кинетическую, а когда — кинетическая в потенциальную? Сохраняется ли для маятника механическая энергия?