Конспект уроку: Закон збереження енергії. Неможливість побудови "вічного двигуна". Розв’язування задач

Перетворення одного виду механічної енергії у іншу

Всі тіла у природі відносно свого нульового значення мають потенціальну чи кінетичну енергію, або ж ту й іншу разом узяті. Так наприклад, літак, який летить, відносно Землі має й кінетичну й потенціальну енергії.

При падінні будь-якого каменя під дією сили тяжіння відбувається перехід потенціальної його енергії у кінетичну.

Перетворення кінетичної енергії у інші форми потенціальної енергії й знову у кінетичну енергію, спостерігати можна в випадку виконання стрибка спортсмена із жердиною. Спочатку спортсмен набуває певної величини кінетичної енергії. Взаємодіючи зі жердиною, він поступово перетворює даний запас енергії у потенціальну енергію пружно деформованої пружини й потенціальну його енергію відносно Землі. В момент переходу через планку, потенціальна енергія спортсмена знов перетворюється в кінетичну.

Подібне явище перетворення одного виду механічної енергії у інший можна спостерігати приладом так званого маятника Максвела. Прилад побудований із диска, підвішеного на мотузках на стояку. Рівномірно нитки накручуючи на вісь диска, його піднімають на відповідну висоту. Диск, який піднятий вгору, наділений деякою потенціальною енергією. Якщо його тепер відпустити, то він почне падати, обертаючись. У міру падіння його зменшується потенціальна енергія, однак разом із тим збільшується його кінетична енергія. У кінці падіння, диск матиме такий запас кінетичної енергії, який знову зможе піднятися майже до попередньої висоти (частина початкової потенціальної енергії була затрачена на роботу проти сили тертя, саме тому диск не досягне початкової висоти). Піднявшись угору, диск падає знову, а потім піднімається знову.

Численні досліди і спостереження свідчать наступне:

Сума потенціальної й кінетичної енергій ізольованого тіла у будь-який момент часу завжди залишається сталою.

Механічна енергія ні з чого не виникає й не зникає безслідно. Вона тільки перетворюється із одного виду енергії у інший. Мірою перетворення одного виду енергії у інший являється робота.

Це закон збереження й перетворення енергії. Він являється досить важливим й загальним законом природи.

Неможливість побудови "вічного двигуна"

Встановлення закону збереження і перетворення енергії є результатом численних дослідів і спостережень, які показують його справедливість. Історія науки і техніки знає багато прикладів, коли винахідники намагались створити двигун, який виконував би роботу нескінченно довго і без споживання енергії зовні. Таку уявлювану машину називали "вічним двигуном" або ”перпетум мобіле" (від латинського слова - perpetuum mobile - вічний двигун). Як виявилось, ні одна з цих машин не працювала так, як хотіли їх винахідники, тобто, не забезпечували вічного руху без затрат енергії зовні. Число проектів вічного двигуна було настільки великим і безпідставним, що Французька академія наук в 1755 році постановила, залишати без відповіді всі заяви, що стосуються вічного двигуна.