Механічна енергія. Та її види

Механічна енергія. Та її види. Вчитель: Курчинська д.в.

історія. Поняття енергії складалося у фізиці протягом багатьох століть. Його розуміння весь час змінювалося. Уперше термін "енергія" у сучасному фізичному розумінні застосував у 1808 році Томас Янг. До того вживався термін жива сила (лат. vis viva), який ще в 17-му столітті ввів у обіг Лейбніц, визначивши його як добуток маси на квадрат швидкості.

Поняття енергії - одне з найважливіших не тільки у фізиці. Від кількості виробленої енергії і способу її отримання залежить якість нашого життя. Згадаємо такі вирази, як теплова енергія, енергетична криза, плата за електроенергію, енергійна людина, об’єднані енергетичні системи.

Енергія  — це скалярна фізична величина, загальна кількісна міра руху і взаємодії всіх видів матерії.

властивості енергії:1. Тіло може мати, отримувати і віддавати енергію. 2. Існує багато видів енергії (механічна, теплова, електрична...) і вона може переходити з одного виду в інший. 3. За певних умов енергія може зберігатися.

Механічна енергія. Тіло має енергію, якщо воно може виконати роботу. Щоб мати енергію, немає необхідності здійснювати роботу, досить мати таку можливість. Величина енергії дорівнює найбільшій роботі, яку тіло може виконати за даних умов. Як і робота, енергія вимірюється в Дж.Є два види механічної енергії: потенціальна і кінетична. Позначимо енергію літерою Е. Нижній індекс (значок) у виразах для енергії біля літери Е означатиме: «к» - кінетична, «р» - потенціальна.

Кінетична енергія. Кінетична енергія (EK) - це енергія тіл, що рухаються («кінема» грецькою означає «рух») - це може бути енергія вітру, потоку води, обертова енергія масивного маховика. Підрахувати кінетичну енергію можна за формулою: Кінетична енергія. Ек=𝑚  𝑣22де «m» - маса тіла, а « v » - його швидкість. 

Приклади кінетичної енергіїТіло, яке бере участь одночасно в двох рухах - поступальному і обертовому - має дві кінетичні енергії, як наприклад, колесо автомобіля . Поступальний рух центра колеса відбувається зі швидкістю автомобіля, а обертова швидкість збільшується від нуля (центр) до швидкості автомобіля (на рівні протектора шин). Можливо, ви бачили у фільмах, як продовжують крутитися колеса в автомобіля, що перевернувся - поступальної енергії вже немає, а обертальна ще є. Тіло, яке бере участь одночасно в двох рухах - поступальному і обертовому - має дві кінетичні енергії, як наприклад, колесо автомобіля . Поступальний рух центра колеса відбувається зі швидкістю автомобіля, а обертова швидкість збільшується від нуля (центр) до швидкості автомобіля (на рівні протектора шин). Можливо, ви бачили у фільмах, як продовжують крутитися колеса в автомобіля, що перевернувся - поступальної енергії вже немає, а обертальна ще є.

Потенціальна енергія. Потенціальна енергія тіла (Ер) - це енергія можливості (з англ. potential - потенціал, можливість). Таку енергію мають нерухомі тіла внаслідок взаємодії і взаємного розташування. Потенціальна енергія тяжіння. Розглянемо нерухоме тіло масою «m», яке знаходиться на висоті «h» (мал.25.4-26.1). На це тіло діє сила тяжіння «mg», і якщо надати тілу можливість впасти, то ця сила виконає роботу A = mg ∙ h. Оскільки запас енергії дорівнює найбільшій роботі, яку тіло може виконати за даних умов, то енергія тіла, що знаходиться на деякій висоті над землею, становить:𝐸𝑝=𝑚𝑔h r

Приклади потенціальної енергіїЯкщо тіло знаходиться нижче нульового рівня, наприклад у ямі, то його потенціальна енергія від’ємна. Це означає, що за рахунок цієї енергії тіло не може виконати роботу. Більше того, щоб підняти тіло з ями на поверхню, прийдеться комусь виконати від’ємну роботу. Потенціальною енергією люди також користуються з незапам’ятних часів. Згадайте водяні млини або старовинні годинники з гирями. Коли будують гідроелектростанцію (ГЕС), то річку перекривають греблею, щоб підняти рівень води (мал. 33.5). Падаючи вниз, вода обертає турбіни генераторів і виконує роботу. Чим вища гребля і чим більше води несе ріка, тим більше електроенергії виробляє ГЕС.

В 1829 році Коріоліс вперше застосував термін кінетична енергія в сучасному сенсі, а термін потенціальна енергія був запроваджений Вільямом Ренкіном в 1853 році. На той час отримані в дослідженнях у різних областях науки дані почали складатися в загальну картину. Завдяки дослідам Джоуля, Маєра, Гельмгольца прояснилося питання перетворення механічної енергії в теплову.

Повна механічна енергія тіла – це сума кінетичної та потенціальної енергій тіла.𝐸повна=Ек+Ер 

Висновки: енергія ніколи не зникає безслідно і не виникає, вона лише перетворюється із одного виду в інший у рівновеликих кількостях.

Розв’язування задач. Задача 1. Порівняйте кінетичну енергію кулі масою 9 г, що летить зі швидкістю 300 м/с, і людини масою 60 кг, що біжить зі швидкістю 18 км/год. Відповідь: кінетична енергія кулі менша за кінетичну енергію людини.

Задача 2. Цирковий артист масою 60 кг перебуває на висоті 10 м від натягнутої сітки. Яка потенціальна енергія артиста відносно сітки? відносно арени цирку? (Сітка натягнута на висоті 12 м від рівня арени.)Відповідь: потенціальна енергія артиста відносно сітки – 6 к. Дж; відносно арени 7,2 к. Дж.

Задача 3. Автомобіль, що рухається зі швидкістю 50 км/год, почав гальмувати, через якийсь час його швидкість стала дорівнювати 30 км/год. Як змінилася його кінетична енергія при цьому? Чому дорівнює робота сили тертя на цій ділянці? Маса автомобіля 1,5 т.

Розв’язати:1. Тіло масою 4 кг знаходиться на висоті 10 м. Обчисліть енергію цього тіла.2. Тіло масою 8 кг рухається зі швидкістю 18 км/год. Обчисліть енергію цього тіла.3. Гелікоптер масою три тонни піднявся на висоту 200 м. Яку роботу виконали його двигуни і на що вона витрачена? g = 10 Н/кг.

Давайте поміркуємо:1. За якої умови тіло має енергію?2. Який вид енергії мають: а) тіло, підняте на деяку висоту; б) деформоване тіло; в) рухоме тіло?3. Яку роботу треба виконати, щоб: а) тіло маси «т» підняти на висоту «h», б) пружині жорсткості «к» надати видовження «х», в) тілу маси «m» надати швидкість «v»?4. Які види механічної енергії має літак, що летить?5. Як обчислюють повну механічну енергію?6. На однаковій висоті знаходяться залізне та алюмінієве тіло однакового об'єму. Яке з них має більшу потенціальну енергію?

Дякую за увагу.