👀 426 |

Закон сохранения механической энергии

теория по физике 🧲 законы сохранения

В механике все силы делятся на две группы: консервативные и неконсервативные.
Консервативные силы

Консервативными, или потенциальными, называются такие силы, работа которых не зависит от траектории, а определяется только начальным и конечным положениями тела. Работа таких сил по перемещению тела по замкнутой траектории всегда равна нулю. Примеры потенциальных (консервативных) сил:

  • сила тяжести
  • сила упругости
  • гравитационная сила
Неконсервативные силы

Неконсервативными называются такие силы, работа которых зависит от траектории. Сама сила в этом случае зависит от модуля и направления вектора скорости. Работа таких сил может приводить к выделению тепла — часть механической энергии при этом превращается в тепловую. Примеры неконсервативных сил:

  • сила упругости
  • сила сопротивления среды

Полная механическая энергия — это сумма потенциальной и кинетической энергии тела в определенный момент времени:

E = Ek + Ep

Закон сохранения механической энергии

В замкнутой системе, в которой действуют консервативные силы, механическая энергия сохраняется.

E = const

Определение

Замкнутая система — это система, в которой тела, входящие в нее, взаимодействуют только друг с другом, а влиянием внешних сил можно пренебречь.

Согласно закону сохранения энергии, сумма потенциальной и кинетической энергии системы до взаимодействия тел равна сумме потенциальной и кинетической энергий системы после их взаимодействия:

Ek0 + Ep0 = Ek + Ep

Закон сохранения механической энергии для движения в поле тяжести Земли

Примеры определения полной механической энергии в начальном и конечном положении

ПримерПолная механическая энергия в начальной точке (А)Полная механическая энергия в конечной точке (В)

Спуск по наклонной плоскости из состояния покоя

Высоту, на которой изначально находилось тело, можно рассчитать по формуле:

Подъем по наклонной плоскости

Высоту, на которую поднялось тело, можно рассчитать по формуле:

Груз на нити

Высоту, на которой изначально находилось тело, можно рассчитать по формуле:

Вертикальный выстрел из пружинного пистолета

Пример №1. Камень брошен вертикально вверх. В момент броска он имел кинетическую энергию, равную 30 Дж. Какую потенциальную энергию относительно поверхности земли будет иметь камень в верхней точке траектории полета? Сопротивлением воздуха пренебречь.

Так как это условно замкнутая система (сопротивлением воздуха мы пренебрегаем), мы можем применить закон сохранения энергии:

Ek0 + Ep0 = Ek + Ep

Учтем, что в момент броска камень находился на поверхности земли. Поэтому он обладал максимальной кинетической энергией и нулевой потенциальной. Но в верхней точке траектории его скорость стала равна нулю. Поэтому его кинетическая энергия тоже стала равна нулю. Зато потенциальная энергия в этой точке возросла до максимума. Поэтому:

Ek0 + 0 = 0 + Ep

Ek0 = Ep

Следовательно, потенциальная энергия в верхней точки траектории полета равна 30 Дж.


Алиса Никитина | 📄 Скачать PDF |

Добавить комментарий



Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *