Фізика. Повторне видання. 7 клас. Засєкіна
§ 24. Досліджуємо перетворення механічної енергії
• Як розподіляється і перетворюється енергія під час взаємодії тіл?
ДОСЛІДЖУЙ
Розглянь малюнок 24.1. Укажи випадки, коли потенціальна енергія тіла перетворюється на кінетичну. Як змінюється значення кожного виду енергії? Як змінюється повна енергія системи тіл, які взаємодіють?
Перетворення енергії
Мал. 24.1
ДІЗНАВАЙСЯ
Які є перетворення механічної енергії? У повсякденному житті тобі часто доводилося спостерігати, як потенціальна енергія тіла перетворювалася в його кінетичну енергію і навпаки: кінетична — в потенціальну.
Розглянь приклад перетворення потенціальної енергії тіла в кінетичну (мал. 24.1, а). Потрібно обрати нульовий рівень. Нехай це буде пряма, що проходить через точку В. Тоді у верхній точці А треку скейтбордист має максимальну потенціальну енергію. За такої умови його кінетична енергія дорівнює нулю (скейтбордист нерухомий). З початком спуску його потенціальна енергія зменшується, а кінетична наростає. У точці В його потенціальна енергія дорівнює нулю (це нульовий рівень, від якого вимірюється потенціальна енергія в цьому випадку), а кінетична енергія — максимальна. За рахунок цієї енергії скейтбордист може підніматися вгору, втрачаючи її, але набуваючи потенціальної енергії. У точці С його потенціальна енергія максимальна, кінетична — дорівнює нулю. Самостійно опиши перетворення енергії за малюнком 24.1, б. Наведи інші приклади перетворення механічної енергії.
За яких умов справджується закон збереження і перетворення механічної енергії? У наведених прикладах бачимо, що якщо зменшується один вид енергії, то інший, навпаки, — збільшується. У розглянутих тобою прикладах, якщо знехтувати проявом сил тертя й опору повітря, рух скейтбордиста здійснюється за рахунок сили тяжіння (мал. 24.1, а), а рух кульки — за рахунок сили пружності (мал. 24.1, б).
Численні й досить точні досліди показали, що для системи тіл, які взаємодіють тільки силою пружності й силою тяжіння, кінетична енергія збільшується настільки, наскільки зменшується потенціальна, тобто сума потенціальної та кінетичної енергії залишається постійною (зберігається). Цю властивість називають законом збереження і перетворення механічної енергії (the law of conservation and transformation of mechanical energy).
У системі тіл, які взаємодіють одне з одним тільки силами пружності та силами тяжіння, повна механічна енергія не змінюється.
А якщо тертя й опір досить великі, то закон не діє?
Якщо в системі існує тертя, то повна механічна енергія із часом зменшується: частина механічної енергії перетворюється на теплову енергію (під час тертя тіла нагріваються).
Закон збереження механічної енергії є окремим випадком загального закону збереження і перетворення енергії в усіх явищах природи, відкритого у 1840 р. Робертом фон Маєром. Незважаючи на те що науковець здійснив відкриття на основі медико-біологічних досліджень, цей закон виявився справедливим для всієї природи.
Енергія не виникає і не зникає: вона лише переходить з одного виду в інший — фундаментальний закон природи.
Закон збереження механічної енергії має надзвичайно важливе теоретичне і практичне значення. Він широко застосувується в науці, техніці та повсякденному житті. Цей закон слугує основою для розуміння багатьох явищ: від роботи механічних пристроїв до поведінки живих організмів. Енергія має багато форм: механічну, теплову, електричну, ядерну, хімічну, світлову, біологічну тощо. Одна форма енергії може переходити в іншу.
ДУМАЙ
1. Наведи приклади перетворення одного виду механічної енергії в інший. На яких світлинах (мал. 24.2) зображено перетворення: а) потенціальної енергії в кінетичну; б) кінетичної енергії в електричну?
Мал. 24.2
2. За яких умов виконується закон збереження повної механічної енергії?
3. Під час скочування санок із гори їх швидкість безперервно збільшується. Чому?
4. Поясни, які перетворення енергії відбуваються під час запускання стріли з лука.
5. Чому м’яч, який упав із деякої висоти на землю й відскочив, уже не може піднятися на попередню висоту? 6. Чому м’яч, який упав у пісок, узагалі не підскакує?
УЧИСЯ РОЗВ’ЯЗУВАТИ ФІЗИЧНІ ЗАДАЧІ
ЗАДАЧА 1
Тіло масою 2 кг підняте над Землею на висоту 10 м. Визнач повну механічну енергію тіла на цій висоті. Яку потенціальну та кінетичну енергію матиме тіло внаслідок падіння з висоти 5 м?
ДІЙ
РОЗВ’ЯЖИ ЗАДАЧІ
1. Угору кинуто м’яч зі швидкістю 5 м/с. З більшою чи меншою швидкістю м’яч упаде на землю? Розглянь випадки, коли опору повітря немає й коли він є.
2. На яку висоту підніметься камінець, випущений із рогатки, маючи на поверхні землі швидкість 20 м/с і кінетичну енергію 4 Дж? Яка маса камінця?
3. М’яч підкинуто вертикально вгору на висоту 2 м. Яка маса м’яча, якщо біля поверхні землі його кінетична енергія становила 20 Дж?
4. Тіло вільно падає з висоти 40 м. На якій висоті його потенціальна й кінетична енергії зрівняються? На якій висоті його кінетична енергія стане в 3 рази більша від потенціальної? Опором повітря можна знехтувати.
5. Визнач, як зміниться висота підйому кульки пружинного пістолета під час пострілу вертикально вгору, якщо швидкість її вильоту збільшити вдвічі.
ВИКОНАЙ ДОСЛІДЖЕННЯ
1. Досліди, як відбивається тенісний м’яч від різних предметів: стола, зошита, килима, ракетки тощо. Чи може м’яч підскочити на більшу висоту, ніж та, з якої він упав?
2. Сконструюй механізми, які рухатимуться за рахунок перетворення потенціальної енергії в кінетичну (мал. 24.3).
Мал. 24.3
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України