Підручник Фізика 9 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік
Розділ 5 РУХ І ВЗАЄМОДІЯ. ЗАКОНИ ЗБЕРЕЖЕННЯ
§ 50. ЗАСТОСУВАННЯ ЗАКОНІВ ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ ТА ІМПУЛЬСУ В МЕХАНІЧНИХ ЯВИЩАХ
Ви дізнаєтесь
- Як застосовувати закони збереження імпульсу та механічної енергії
Пригадайте
- Закон збереження імпульсу
Енергія — універсальне поняття. Поняття енергії увійшло в фізику тоді, коли було встановлено, що один вид руху може змінитися на інший. Енергія в перекладі з грецької означає дія, діяльність. У фізиці замість терміну «енергія механічного руху» говорять просто «механічна енергія», замість «енергія теплового руху» — «внутрішня енергія». Вам уже знайомі й такі терміни, як електроенергія, ядерна енергія, світлова енергія, магнітна енергія тощо. Тому необхідно чітко розуміти, що енергія — це універсальна характеристика руху, і вона не існує сама по собі, тобто окремо від взаємодіючих тіл. Тіло, яке має запас енергії, може виконати корисну роботу.
Механічна енергія. Закон збереження механічної енергії. Найпростішою формою руху є механічний рух. Енергія, яка характеризує механічний рух, називається механічною енергією. Розрізняють два види механічної енергії: потенціальну та кінетичну.
Кінетична енергія Eк— це фізична величина, яка характеризує стан рухомого тіла. Вона дорівнює половині добутку маси тіла на квадрат його швидкості, Ек = .
Потенціальна енергія Еп — це енергія взаємодії тіл або частин тіла, що визначається їх взаємним розміщенням.
Величину, що характеризує енергію взаємодії тіла або системи тіл із Землею й дорівнює добутку їхньої маси на прискорення вільного падіння та висоту тіла над поверхнею Землі, називають потенціальною енергією взаємодії тіла та Землі: Eп = mgh. Потенціальна енергія пружини з коефіцієнтом жорсткості k, стиснутої або розтягнутої на Дх, визначається за формулою Епруж =
Суму кінетичної та потенціальної енергій тіла називають повною механічною енергію тіла: Е = Ек + Еп .
Кінетична й потенціальна енергії тіл можуть змінюватися із часом, але в замкненій системі їхня сума залишається сталою.
Закон збереження і перетворення повної механічної енергії формулюють так.
Повна механічна енергія замкненої системи тіл, які взаємодіють силами тяжіння або (та) пружності, залишається незмінною за будь-яких взаємодій тіл між собою.
Підбиваємо підсумки
- Механічна енергія характеризує стан тіла або системи тіл.
- Кінетична енергія тіла характеризує рухоме тіло: Ек = .
- Потенціальна енергія системи залежить від взаємного положення тіл (чи частин тіла).
- Потенціальна енергія тіла, піднятого над поверхнею Землі на висоту h: Еп = mgh.
- Потенціальна енергія деформованої пружини: Епруж = .
- Повна механічна енергія замкненої системи тіл дорівнює сумі кінетичної та потенціальної енергії системи і є величиною сталою.
Формулюючи цей закон, завжди підкреслюють, що він справджується лише тоді, коли тіла взаємодіють силами пружності або (та) тяжіння без дії сторонніх сил.
Застосування законів збереження енергії й імпульсу в механічних явищах. Закони збереження — це фундаментальні закони природи, оскільки вони не залежать від природи й характеру діючих сил. За допомогою законів збереження енергії й імпульсу можна досліджувати рухи тіл навіть у тих випадках, коли сили залишаються невідомими.
Розв’язування задачі на сумісне використання закону збереження імпульсу та закону збереження енергії починається (де це необхідно) з виконання схематичного малюнка. Причому на цьому малюнку треба відобразити, що відбувається із системою тіл на кожному етапі. Указати швидкість тіл і яку енергію має система на кожному етапі. Записати рівняння закону збереження імпульсу і енергії для кожного етапу і розв’язати систему одержаних рівнянь відносно невідомої величини.
Підтвердженням цього є розглянуті далі приклади розв’язування задач.
ФОРМУЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ
Я поміркую й зможу пояснити
1. Що таке повна механічна енергія тіла чи системи тіл?
2. Чи можуть кінетична й потенціальна енергії тіла бути від’ємними?
3. Що спільного у виразах для роботи сили пружності та роботи сили тяжіння?
Вчимося розв'язувати задачі
Задача 1. Для визначення початкової швидкості руху кулі масою 10 г стріляють у дерев’яний брусок масою 6 кг, який підвішений на нитках. Брусок з кулею, що в ньому застряє, піднімається на висоту 49 мм. Визначте: а) початкову швидкість кулі; б) кінетичну енергію кулі в момент пострілу; в) частину механічної енергії, яка перетворюється у внутрішню.
Розв’язання:
Систему брусок — куля можна вважати ізольованою, оскільки в момент потрапляння кулі в брусок усі сили, що діяли на них, зрівноважені; опором повітря нехтуємо (мал. 242).
За законом збереження імпульсу: m10 = (m1 + m2)
.
У проекціях на вісь Х: m10 = (m1 + m2) u.
Звідки 0 =
u.
Швидкість бруска з кулею в момент удару u визначаємо, застосовуючи закон збереження енергії: = (m1 + m2)gh, звідки u =
.
Початкова швидкість кулі 0 =
.
Мал. 242
Кінетична енергія кулі в момент пострілу Ek = .
Частина механічної енергії Е, що перетворюється у внутрішню, дорівнює різниці кінетичної енергії кулі в початковий момент і потенціальної енергії бруска з кулею в кінцевий момент,
Е =
- (m1 + m2 )gh.
Обчислення:
Е = 1734,6 Дж - 6,01 кг · 9,8
· 0,049 м
1731,7 Дж.
Відповідь: 589 ; 1734,6 Дж; 1731,7 Дж.
Я можу застосовувати знання й розв'язувати задачі