Механическая энергия. Урок №1-2

1.

МЕХАНИЧЕСКАЯ
ЭНЕРГИЯ

2.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Урок №1.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
Урок №2.
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ

3.

Урок №1.
МЕХАНИЧЕСКАЯ
ЭНЕРГИЯ

4.

Энергия –
это работа, которую может совершить тело
при переходе из данного состояния в нулевое
Е
E A 1Дж
В переводе с греческого
слово “энергия” означает
действие, деятельность.
Термин “энергия”
ввел в физику
английский ученый
Т. Юнг в 1807 г.

5.

Так как в механике изучается движение тел и
их взаимодействие, то
МЕХАНИЧЕСКАЯ
ЭНЕРГИЯ
КИНЕТИЧЕСКАЯ
энергия движения
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ
энергия взаимодействия
Ек
Еп

6.

Кинетическая энергия
Определим кинетическую энергию тела,
движущегося со скоростью υ
Так как энергия – это работа, которую совершает тело при
переходе из данного состояния в нулевое.
Следовательно,
энергия - это работа, которую нужно совершить,
чтобы перевести тело из нулевого состояния
(υ0=0) в данное (υ≠0 ).
υ0=0
υ

7.

Определим эту работу:
Чтобы тело изменило скорость к нему
необходимо приложить силу F, при этом оно
начнет двигаться равноускоренно, и пройдя
путь S, приобретет скорость υ.
При этом сила F совершит работу:
А F S
υ0=0 F
υ
S

8.

Преобразуем это выражение:
Согласно II закону Ньютона: F ma
2
Путь при равноускоренном
at
S
движении:
2 2
2
at
at
А ma m
2
2
2
Так как ускорение при равноускоренном движении
, подставим вместо ускорения его значение
a
2
2
2
t
m
t
А m
υ0=0
t
2
S
2
υ
2
F

9.

Преобразуем это выражение:
Согласно IIзакону Ньютона: F ma
2
Путь при равноускоренном
at
S
движении:
2 2
2
at
at
А ma m
2
2
2
Так как ускорение при равноускоренном движении
, подставим вместо ускорения его значение
a
2
2
2
t
m
t
А m
m
А
2
2
υ0=0
t
2
S
2
υ
2
F

10.

Энергия - это работа, которую нужно совершить,
чтобы перевести тело из нулевого состояния
(υ0=0) в данное (υ≠0 ).
m
Eк
2
2
m
Eк A
2
2
Кинетическая энергия движущегося тела равна
половине произведения массы тела на квадрат его
скорости.
υ0=0
υ F
2
m
А
2
S

11.

Потенциальная энергия
Определим потенциальную энергию
взаимодействия тела с Землей на высоте h.
Выберем уровень Земли
за нулевой h0.
h
h0
Нулевой уровень энергии
– уровень, на котором
энергия считается равной
нулю.

12.

Энергия - это работа которую, нужно
совершить, чтобы перевести тело из нулевого
состояния (h0=0) в данное (h).
Для равномерного подъема
тела на высоту h к нему
необходимо приложить силу F,
равную силе тяжести FТ
h
F
h0
FТ
F Fт
Под действием силы F
тело начнет двигаться
вверх, и пройдет путь h.

13.

Энергия - это работа, которую нужно
совершить, чтобы перевести тело из нулевого
состояния (h0=0) в данное (h).
Для равномерного подъема
тела на высоту h к нему
необходимо приложить силу F,
равную силе тяжести FТ
h
F
FТ
F Fт
Под действием силы F
тело начнет двигаться
вверх, и пройдет путь h.

14.

Энергия - это работа, которую нужно
совершить, чтобы перевести тело из нулевого
состояния (h0=0) в данное (h).
Определим работу силы F:
F
FТ
h
A F S
Так как F Fт mg , а путь
S h
Тогда работа A mg h
Отсюда потенциальная энергия:
Eп mgh
Eп A mg h

15.

Энергия - это работа, которую нужно
совершить, чтобы перевести тело из нулевого
состояния (h0=0) в данное (h).
F
FТ
h
Потенциальная энергия
взаимодействия тела с
Землей равна произведению
массы тела, ускорения
свободного падения и
высоты, на которой оно
находится.
Eп mgh

16.

Потенциальная энергия других
взаимодействий рассчитывается
по другим формулам.

17.

Итак:
МЕХАНИЧЕСКАЯ
ЭНЕРГИЯ
КИНЕТИЧЕСКАЯ
энергия движения
m
Eк
2
2
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ
энергия взаимодействия
Eп mgh
E A 1Дж

18.

Рассмотрим взаимосвязь энергии и работы
Для этого пустим шар массой m1 по наклонной
плоскости с высоты h
Он будет обладать энергией E1
Eп1 m1 gh
h
При ударе о цилиндр, шарик
совершит работу А1 по
перемещению цилиндра на
расстояние S1 .
S1

19.

Пустим шар массой m2< m1 по наклонной
плоскости с высоты h
Он будет обладать энергией Е2
Eп1 m1 gh
Eп 2 m2 gh
h
При ударе о цилиндр, шарик
совершит работу А2 по
перемещению цилиндра на
расстояние S2 .
S2
S1

20.

Так как m2< m1, тогда E2< E1.
Так как S2< S1, тогда A2< A1.
Eп1 m1 gh
Eп 2 m2 gh
Следовательно:
чем большей энергией
обладает тело , тем
большую работу оно
может совершить.
S2
h
пример
S1

21.

Урок №2
ЗАКОН
СОХРАНЕНИЯ
МЕХАНИЧЕСКОЙ
ЭНЕРГИИ

22.

Мы познакомились с двумя видами
механической энергии
МЕХАНИЧЕСКАЯ
ЭНЕРГИЯ
КИНЕТИЧЕСКАЯ
энергия движения
m
Eк
2
2
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ
энергия взаимодействия
Eп mgh
Однако, в общем случае тело может
обладать и кинетической, и потенциальной
энергией одновременно.

23.

Их сумма
Е Eк Eп
называется
Полной механической
энергией
Это понятие было введено в 1847 г.
немецким ученым Г. Гельмгольцем.

24.

Выясним, что происходит с полной
механической энергией при движении тела.
Подбросим мяч
вертикально вверх с
некоторой скоростью υ.
Придав мячу скорость,
мы сообщим ему
кинетическую энергию,
υ
Eп1 0
m
E к1
2
2
а потенциальная
энергия будет равна
нулю.

25.

По мере движения мяча вверх его скорость
будет уменьшаться, а высота увеличиваться.
На максимальной
высоте h мяч
остановится (υ=0).
=0
Eк 2 0
Eп 2 mgh
υ
h
Следовательно, и
кинетическая энергия
станет равной нулю,
m
E к1
а потенциальная
2
2
Eп1 0
энергия будет
максимальна.

26.

После этого мяч, под действием силы тяжести,
начнет падать вниз, его скорость будет
увеличиваться, кинетическая энергия возрастать, а
высота уменьшается.
υ =0
На поверхности Земли
Eп 2 mgh Eк 2 0 (h=0) потенциальная
энергия превращается
в ноль,
h
а кинетическая энергия
2
становится
m
Eк 3
Eп 3 0
2 максимальна, так как
скорость тела (υ)
максимальна.

27.

Итак, при возрастании кинетической энергии
тела потенциальная энергия взаимодействия
уменьшается.
υ =0
Eк 2 0
Eп 2 mgh
h
Eп13 0
υ
υ
m
Eк 13
2
22

28.

И наоборот, при уменьшении кинетической
энергии тела потенциальная энергия
взаимодействия увеличивается.
υ =0
Eп 2 mgh
υ =0
Eк 2 0
Eк 2 0
Eп 2 mgh
h
Eп1 0
υ
m
E к1
2
h
2
Eп 3 0
υ
m
Eк 3
2
2

29.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ
МЕХАНИЧЕСКАЯ
ЭНЕРГИЯ
Изучение свободного падения тел (в
отсутствии сил трения и сопротивления)
показывает, что всякое уменьшение одного
вида энергии ведет к увеличению другого
вида энергии.
Полная механическая энергия тела, на
которое не действуют силы трения и
сопротивления, в процессе движения
остается неизменной.

30.

Обозначим начальную энергию тела
E Eк Eп , а конечную E E E
/
/
к
Тогда закон сохранения энергии можно
записать как
E E
/
или
Eк Еп E E
/
к
/
п
/
п

31.

Предположим, что в начале движения
скорость тела была равна υ0, а высота h ,
тогда:
А в конце движения скорость тела стала
равна υ, а высота h, тогда:
0
E Eк Eп
2
m 0
E
2
mgh0
m
m
mgh0
mgh
2
2
2
0
2
E E E
2
m
/
/
E
/
к
2
/
п
mgh
Eк Еп E E
/
к
/
п

32.

Полная механическая энергия тела, на
которое не действуют силы трения и
сопротивления, в процессе движения
остается неизменной.
E E
/
m
m
mgh0
mgh
2
2
2
0
2
пример

33.

Примеры решения
задач.
КИНЕТИЧЕСКАЯ
ЭНЕРГИЯ
ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ
ЭНЕРГИЯ
ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ
МЕХАНИЧЕСКАЯ
ЭНЕРГИЯ

34.

Камень массой 2 кг летит со скоростью 10 м/с.
Чему равна кинетическая энергия камня?
Дано:
υ= 10 м/с
m= 2 кг
Ек – ?
Решение :
Кинетическая энергия камня
m
Ек
2
2
Подставим числовые значения
величин и рассчитаем:
2кг 10 м / с
2кг 100 м / c
Ек
2
2
200 Н м
100 Дж
Ответ: 100 Дж.
2
2
2
2

35.

Кирпич массой 4 кг лежит на высоте 5 м от
поверхности земли. Чему равна потенциальная
энергия кирпича?
Дано:
m= 4 кг
h= 5 м
ЕП – ?
Решение :
Потенциальная энергия кирпича
Еп mgh
Подставим числовые значения
величин и рассчитаем:
м
Еп 4кг 10 2 5 м 40 Н 5 м 200 Дж
с
Ответ: 200 Дж.

36.

Мяч бросают с земли вертикально вверх со
скоростью 10 м/с. На какой высоте этот мяч
будет иметь скорость, равную 6 м/с?
Дано:
h0= 0
υ= 6 м/с
υ0= 10 м/с
h–?

37.

Решение :
Согласно закону сохранения энергии:
E
Дано:
h0= 0
υ= 6 м/с
υ0= 10 м/с
υ E
/
к
/
п
E к υ0 h
Eп 0
mg
02
h–?
2g
Подставим данные:
2
2g
h
10 м / c
6 м / с
h
2
m
m
mgh0
mgh
2
2
2
0
2
2
Так как
h = 0 , то
0
m 02 m 2
mgh
2
2
h
02
2g
2
2g
100 м / с
36 м / с
2
2
2
2
2 10 м / с
2 10 м / с
20 м / с
20 м / с
5 м 1,8 м 3,2 м
Ответ: h=3,2 м
2
2
2
2