Конспект уроку: Кінетична та потенціальна енергія

Механічна енергія

Щоб на різних заводах й фабриках могли працювати механізми і машини, їх в рух приводять електродвигуни, котрі витрачають електричну енергію. Всі автомобілі, літаки, теплоходи, тепловози та інше працюють, витрачаючи при цьому енергію палива, яке згорає, гідротурбіни, відповідно, - енергію падаючої із висоти води, вітродвигуни, в свою чергу, - енергію вітру. Що же таке енергія? Щоб дати відповідь на дане питання, розглянемо окремі приклади.

Стиснена пружина, розпрямляючись, підняти може на певну висоту вантаж.

Піднятий таким чином над землею нерухомий вантаж, звісно, не виконує роботи, однак коли цей вантаж упаде, то він здатний виконати роботу. Так наприклад, він може забити у грунт палю.

Здатністю виконати певну роботу наділене будь-яке рухоме тіло, так, наприклад, сталева кулька, яка скочується із похилої площини, зміщує дерев'яний брусок на певну відстань, при чому виконується робота нею.

Якщо тіло чи декілька тіл, що взаємодіють між собою здатні виконувати роботу, то стверджують, що мають вони енергію.

Енергія - це фізична величина, яка показує, котру роботу може виконати тіло чи декілька тіл.

У системі числення СІ енергію виражають в тих ж одиницях, як і роботу у джоулях (Дж).

Таким чином, чим більшу роботу здатне виконати тіло, тим, відповідно, більшу енергію має воно.

Таким чином, при виконанні певної роботи енергія тіл, які взаємодіють, змінюється. Виконана ним робота дорівнює зміні енергії.

Ми вже знаємо, що усі тіла мікро- макро- та мегасвіту перебувають в безперервному русі й взаємодіють. Фізичними формами руху являються механічна, електрична, теплова й ядерна і тому подібне. Даним взаємодіям відповідають різноманітні форми енергії. Однією із цих форм енергії являється механічна.

Механічна енергія являється кількісною мірою механічного руху й його взаємодії із іншими формами руху. Залежить вона від механічного стану тіла: зі зміною стану тіла, енергія його змінюється; коли ж механічний стан незмінюється - механічна енергія залишається завжди сталою.

Механічний стан будь-якого тіла характеризується координатою (або місцезнаходження тіла) й швидкістю руху. Відповідно розрізняють 2 види механічної енергії.

Потенціальна енергія

Першим видом енергії є потенціальна.

Потенціальна енергія (з латинського, потенція - можливість) - це енергія, котра визначається взаємним положенням взаємодіючих тіл, чи частин одного й того ж тіла.

Потенціальну енергію має тіло підняте відносно поверхні Землі тому, що енергія такого тіла залежить від його взаємного положення й Землі і їхнього взаємного притягання. Тіло, яке перебуває на висоті h має потенціальну енергію вже тільки тому, що воно притягується Землею і знаходиться на певній висоті.

Якщо вважати потенціальну енергію будь-якого тіла, яке лежить на землі рівною нулю, то потенціальна енергія тіла, яке підняте на деяку висоту h буде дорівнювати роботі, яку виконає сила тяжіння F при падінні тіла на землю. Звичайно, потенціальну енергію позначають Е_П.

Оскільки Е_П = А, а робота, як відомо дорівнюєдобутку сили на шлях, то

А = F h

Отже, в цьому випадку потенціальна енергія

Е_П = g m h

де,g - прискорення вільного падіння.

Потенціальну енергію молота копра використовують для виконання роботи для забивання паль. Величезну потенціальну енергію, наприклад, має вода у річках, що утримується високими греблями. Падаючи донизу, вода виконує роботу приводячи в рук потужні турбіни електростанції.

Енергію стиснених і закручених пружин застосовують, наприклад, в ручних годинниках, різних заводних механізмах й іграшках.

Потенціальну енергію має пружно деформоване тіло.

Потенціальну енергію стисненого газу використовують в роботі теплових двигунів, в відбійних молотках, які широко використовують в гірничій промисловості чи при будівництві доріг.

Кінетична енергія

Енергія, котру має тіло в результаті свого руху, називається кінетичною (з грецького кінема - рух).

Кінетичну енергію тіла позначають E_K.

Від чого ж залежить кінетична енергія? Коли скочувати кульку із різних висот, можна помітити наступне, чим із більшої висоти скочується кулька, тим більша швидкість її й тим далі пересуне вона брусок, тобто, здійснює більшу роботу.

Таким чином, кінетична енергія певного тіла залежить від швидкості його. В результаті цього можна стверджувати, що за рахунок швидкості, значно більшу кінетичну енергію отримує куля, яка вилітає зі ствола гвинтівки.

Крім цього кінетична енергія певного тіла залежить й від його маси. Звернемось до проведеного досліду. Ми будемо скочувати зі похилої площини вже другу кульку, що має більшу масу. Брусок пересунеться, таким чином, на більшу відстань - буде виконана більша, аніж в попередньому випадку, робота. В результаті можна стверджувати, що й кінетична енергія другої кульки дещо більша аніж першої.

Чим більша маса тіла й швидкість, із якою рухається воно, тим більша кінетична енергія.

Для визначення кінетичної енергії використовують формулу:

де m - це маса тіла V - це швидкість тіла.

1. Що таке механічна енергія?

2. Де ми можемо спостерігати дане явище?

3. Які типи механічної енергії ви вивчили?

4. Що таке кінетична енергія?

5. Як вона обчислюється?

6. Що таке потенціальна енергія?

7. Як вона обчислюється?