Параграф 60 Физика 7 класс Пёрышкин | Конспект

Превращение механической энергии одного вида в другой

Кинетическая и потенциальная энергия часто переходят друг в друга. Это происходит в ситуациях, когда движущееся тело замедляется, останавливается или меняет высоту своего положения. Например, когда шарик, находящийся на высоте, начинает катиться вниз по наклонной плоскости, его потенциальная энергия постепенно превращается в кинетическую. Если затем шарик начнет подниматься вверх, его кинетическая энергия снова превратится в потенциальную. Этот процесс можно наблюдать на рисунке 191, где шарик, скатываясь вниз, приобретает всё большую скорость. На практике превращение механической энергии одного вида в другой сопровождается потерями на преодоление трения и сопротивления среды.

Наблюдение за переходом энергии

Рассмотрим эксперимент с маятником Максвелла (рис. 192). Когда маятник поднимается, его кинетическая энергия уменьшается, а потенциальная возрастает. В верхней точке маятник полностью останавливается, его кинетическая энергия равна нулю, а потенциальная достигает максимума. Затем маятник начинает опускаться, и потенциальная энергия превращается обратно в кинетическую. Этот процесс является примером периодического перехода энергии из одной формы в другую, при котором механическая энергия сохраняется. Однако реальная ситуация всегда сопровождается потерями, например, на трение воздуха или сопротивление нитей, что приводит к постепенному уменьшению амплитуды колебаний.

Закон сохранения механической энергии

Закон сохранения механической энергии утверждает, что сумма кинетической и потенциальной энергии в замкнутой системе остаётся постоянной. Формула E_k1+E_p1=E_k2+E_p2 описывает этот процесс, где E_k1 и E_p​1 — кинетическая и потенциальная энергии в начальный момент, а E_k2 и E_p​2 — в конечный. Например, при падении груза потенциальная энергия превращается в кинетическую, и сумма этих энергий остаётся неизменной, если не учитывать сопротивление воздуха и трение. Это означает, что механическая энергия не возникает из ничего и не исчезает, а только переходит из одного вида в другой, оставаясь в пределах системы. На практике эта закономерность помогает рассчитывать параметры движения и состояния тел в различных физических системах.

Передача энергии между телами

Энергия может переходить не только из одной формы в другую, но и передаваться между телами. Например, при столкновении одного тела с другим часть кинетической энергии одного объекта может передаваться другому. Это можно увидеть на примере взаимодействия шаров, изображённом на рисунке. Когда шар А сталкивается с шаром В, его кинетическая энергия частично передается шару В, вызывая его движение. В реальных условиях часть энергии теряется в виде тепла или деформации, но общий принцип передачи энергии сохраняется. В таких процессах энергия распределяется между взаимодействующими телами, что приводит к изменению их скорости или состояния покоя.

Изменение механической энергии системы

На практике механическая энергия системы не всегда остаётся постоянной из-за наличия внешних сил, таких как трение или сопротивление среды. Эти силы приводят к тому, что часть энергии теряется и не используется для совершения полезной работы. Например, при движении автомобиля часть энергии двигателя преобразуется в кинетическую энергию машины, а другая часть расходуется на преодоление трения шин о дорогу и сопротивления воздуха. Это означает, что не вся энергия может быть использована для выполнения работы. Инженеры и физики стремятся минимизировать эти потери, чтобы повысить эффективность работы механизмов.

Примеры из реальной жизни

Закон сохранения энергии находит применение в различных областях физики и техники. Например, в гидроэнергетике потенциальная энергия воды на высоте превращается в кинетическую, а затем в электрическую энергию при прохождении через турбины. В двигателях внутреннего сгорания химическая энергия топлива превращается в тепловую, а затем в механическую энергию движения. Понимание принципов превращения и передачи энергии позволяет разрабатывать эффективные механизмы и оптимизировать работу существующих систем, снижая потери и увеличивая производительность.