Билет №6. Вопрос 1: Работа силы. Кинетическая и потенциальная энергия

Вопрос 1: Работа силы. Кинетическая и потенциальная энергия. Закон сохранения механической энергии.

Механическая работа совершается только тогда, когда на тело действует сила и оно движется. Например: под действием тяги электровоза движется поезд.

Чем большая сила действует на тело и чем длиннее путь, который проходит тело под действием этой силы, тем большая совершается работа.

Механическая работа прями пропорциональна приложенной силе и прямо пропорциональна пройденному пути.

A=Fs.

А-работа, F-сила, s-пройденный путь. Ед. измерения (Дж).

1Дж=1Н*м (работа совершаемая силой в 1Н, на пути в 1м)

Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то данная сила совершает положительную работу.

Если же движение тела происходит в направлении, противоположном направлению приложенной силы, то данная сила совершает отрицательнуюработу.

Например, при движении поезда работа силы тяги – положительна, а работа силы трения – отрицательна.

Если направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению движения, то эта сила работы не совершает, А=0

Способностью совершить работу обладает всякое движущееся тело. Так, скатившийся с наклонной плоскости стальной шарик, ударившись о деревянный брусок, передвигает его на некоторое расстояние. При этом совершается работа. Если тело или несколько взаимодействующих между собой тел могут совершить работу, то говорят, что они обладают энергией.

Энергия – физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело. Выражается в Дж.

Чтобы определить энергию, которой обладает тело, надо найти работу, необходимую для перевода этого тела из нулевого состояния в данное. Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает. Совершенная работа равна изменению энергии.

Потенциальной энергией называется энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела.

Потенциальной энергией, например, обладает тело, поднятое относительно поверхности Земли, потому что энергия тела зависит от взаимного положения его и Земли и их взаимного притяжения. Если считать потенциальную энергию тела, лежащего на Земле, равной нулю, то потенциальная энергия тела, поднятого на некоторую высоту, определится работой, которую совершит сила тяжести при падении тела на Землю. Е_п=А; А=Fh; F -сила тяжести, h- высота => Е_п=gmh;

Где g -ускорение свободного падения, m -масса тела, h-высота, на которую поднято тело. Нулевым считается положение тела на поверхности Земли.

Потенциальной энергией обладает всякое упругое деформированное тело.

Кинетической энергией называют энергию, которой обладает тело вследствие своего движения. (Е_к).

Нулевое состояние то, в котором тело покоится. Найдя работу, необходимую для сообщения телу данной скорости, мы найдем его кинетическую энергию:

А=Fs=mas=m* v * vt = mv²

t 2 2

Е_к= mv²

Кинетическая энергия зависит от его скорости и его массы. Чем больше масса тела и скорость, с которой оно движется, тем больше его кинетическая энергия.

Закон сохранения энергии:

В общем случае тело обладает одновременно как кинетической, так и потенциальной энергией. Их сумму называют полной механической энергией.

Е=Е_к+Е_п

Бросим вертикально мяч. Придав ему скорость, мы сообщили ему некоторую кинетическую энергию. По мере движения мяча вверх, его движение будет замедляться притяжением Земли и скорость, а вместе с ней и кинетическая энергия мяча будут становиться все меньше и меньше. Потенциальная же энергия мяча вместе с высотой h будет при этом возрастать. В высшей точке траектории потенциальная энергия мяча достигнет своего наибольшего значения, а кинетическая энергия окажется равной нулю. После этого мяч начнет падать вниз, постепенно набирая скорость. Кинетическая энергия при этом начнет увеличиваться, а потенциальная энергия (из-за уменьшения высоты) – убывать. В момент удара о землю кинетическая энергия мяча достигнет максимального значения, а потенциальная обратиться в нуль.

Если кинетическая энергия тела уменьшается, то потенциальная энергия возрастает и наоборот. Уменьшение одного из видов энергии сопровождается равным увеличением другого вида энергии. Полная же механическая энергия тела при этом сохраняется.

Закон сохранения энергии: