Фізика. 7 клас. Сиротюк

§ 43. Закон збереження та перетворення енергії в механічних процесах та його застосування

З розглянутих прикладів випливає, що всі тіла в природі мають або потенціальну, або кінетичну енергію. Але в більшості випадків тіло (наприклад, літак у польоті) має одночасно і потенціальну, і кінетичну енергії.

Суму потенціальної і кінетичної енергій тіла називають повною механічною енергією.

У природі, техніці й побуті можна спостерігати взаємний перехід потенціальної і кінетичної енергій тіл.

Мал. 254

При цьому кінетична енергія важка зміниться на потенціальну енергію пружно деформованого тіла (пружини). Коли згодом пружина розпрямиться і надасть важку швидкості ν, її потенціальна енергія знову зміниться на кінетичну енергію важка, за рахунок якої він підніметься на висоту h. Далі процес мав би повторюватися нескінченно, при цьому значення запасу повної механічної енергії важка й пружини було б сталим і в будь-який момент руху дорівнювало б сумі всіх видів енергії:

Е = Еп1 + Еп2 + Ек = const.

Насправді рух затухатиме і згодом припиниться, оскільки початковий запас енергії затратиться на подолання сил тертя й опору повітря.

Дослід 2. Зміну потенціальної і кінетичної енергій можна спостерігати також за допомогою приладу, який називають маятником Максвелла (мал. 255).

Е = Еп + Ек.

На основі численних досліджень руху і взаємодії тіл, подібних до розглянутих прикладів, було встановлено закон збереження механічної енергії.

Якщо ізольовані від зовнішнього впливу тіла взаємодіють між собою силами тяжіння і пружності, то їхня повна механічна енергія залишається незмінною під час руху, тобто завжди справджується співвідношення:

Е = Еп + Ек = const.

При цьому енергія не створюється з нічого і не зникає, а тільки переходить з потенціальної в кінетичну енергію і навпаки.

Мал. 255

На практиці будь-який рух тіл відбувається за наявності більшого чи меншого опору середовища.

Для прикладу розглянемо рух вантажу, що опускається на парашуті (мал. 256). До розкриття парашута вантаж рухається вниз, збільшуючи власну швидкість падіння. Потенціальна енергія вантажу зменшується, за рахунок чого збільшується кінетична енергія і виконується робота проти сил опору повітря. Після розкриття парашута різко зростає опір повітря і зменшується швидкість падіння, а разом - і кінетична енергія вантажу. Зменшення швидкості падіння вантажу відбувається до певного значення, досягнувши якого він починає рухатися вниз зі сталою швидкістю. Кінетична енергія вантажу при цьому також є сталою, потенціальна ж енергія весь час зменшується разом з висотою.

А = Е1 - Е2.

Отже, завжди за наявності опору середовища механічна робота рухомого тіла виконується за рахунок зменшення його повної механічної енергії.

Так само відбувається, коли під час руху діють сили тертя між твердими тілами. Наприклад, коли поїзд під’їжджає до станції (мал. 257), двигун тепловоза не працює, робота проти сил тертя виконується за рахунок зменшення кінетичної енергії поїзда, швидкість якого при цьому зменшується.

Мал. 256

Мал. 257

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

  • 1. Наведіть приклади, коли тіла мають потенціальну і кінетичну енергії.
  • 2. У чому полягає закон збереження механічної енергії?
  • 3. У яких випадках закон збереження механічної енергії не виконується?
ГДЗ до підручника можна знайти тут.