Параграф 59 Физика 7 класс Пёрышкин | Конспект

Механическая энергия

Понятие механической энергии тесно связано с понятием работы. Если тело способно совершать работу, говорят, что оно обладает энергией. Существуют два основных вида механической энергии: кинетическая и потенциальная. Кинетическая энергия связана с движением, а потенциальная — с положением тела в поле сил. Например, сжатая пружина или поднятый над землёй груз обладают энергией, так как при освобождении они могут совершать работу. Механическая энергия является величиной, которая определяет способность тел изменять своё состояние или состояние других тел. Важным свойством энергии является её способность превращаться из одной формы в другую, например, из потенциальной в кинетическую и наоборот.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает тело вследствие своего движения. Она зависит от массы тела и его скорости. Формула для расчета кинетической энергии: E_k=mv²/2​, где m — масса тела, а v — скорость. Чем больше масса и скорость тела, тем больше его кинетическая энергия. Например, если стальной шарик скатывается с наклонной плоскости, его кинетическая энергия увеличивается по мере роста скорости. Кинетическая энергия измеряется в джоулях (Дж) и показывает, какую работу тело может выполнить, если остановится или изменит свою скорость. Движущееся тело может передавать свою кинетическую энергию другим объектам, вызывая их движение или деформацию.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия — это энергия, которой обладает тело вследствие своего положения или взаимодействия с другими телами. Примером потенциальной энергии является энергия поднятого над землей груза. Формула для расчета потенциальной энергии: E_p=mgh, где m — масса тела, g — ускорение свободного падения, а h — высота тела над землёй. Потенциальная энергия измеряется в джоулях и показывает, сколько работы может совершить тело, если оно начнет движение под действием силы тяжести или другой силы. Потенциальная энергия может превращаться в кинетическую при падении тела или при его движении по наклонной плоскости. Этот вид энергии также встречается в растянутых или сжатых пружинах, где энергия накапливается за счет деформации.

Преобразование энергии

Энергия может превращаться из одной формы в другую: кинетическая энергия превращается в потенциальную, и наоборот. Например, когда тело поднимается вверх, его кинетическая энергия уменьшается, а потенциальная возрастает. При падении тела потенциальная энергия превращается в кинетическую, что можно наблюдать на примере работы подъемных кранов или катящихся по склону объектов. При взаимодействии тел, таких как столкновения, энергия передается от одного тела к другому, что изменяет их движение. Преобразование энергии лежит в основе работы множества механизмов и природных явлений. Понимание этих процессов позволяет управлять энергией для выполнения различных задач, таких как подъем грузов, строительство и движение транспортных средств.

Закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии гласит, что энергия не возникает из ничего и не исчезает, а только переходит из одной формы в другую. Это означает, что сумма кинетической и потенциальной энергии в замкнутой системе остаётся постоянной. Например, когда маятник качается, его потенциальная энергия в крайнем положении превращается в кинетическую в нижней точке и обратно. Если не учитывать трение и сопротивление среды, полная энергия системы сохраняется. На практике, однако, часть энергии теряется в виде тепла из-за трения, что приводит к уменьшению общей энергии системы. Закон сохранения энергии лежит в основе множества физических процессов и используется для расчета механических и тепловых систем.

Примеры расчета механической энергии

Рассмотрим пример с расчетом кинетической и потенциальной энергии. Если груз массой 3 кг поднят на высоту 10 м, его потенциальная энергия равна E_p​=mgh=3×10×10=300 Дж. Если этот груз падает и его скорость достигает 10 м/с, то его кинетическая энергия равна E_k​=mv²​/2=3×10²​/2=150 Дж. В этом случае потенциальная энергия полностью переходит в кинетическую, что подтверждает закон сохранения энергии. Подобные расчеты позволяют анализировать движение тел и их взаимодействие в различных механических системах.