§ 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.

Потенціальна енергія Е_п — 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: Е_п = mgh. Потенціальна енергія пружини з коефіцієнтом жорсткості k, стиснутої або розтягнутої на Δх, визначається за формулою

Суму кінетичної та потенціальної енергій тіла називають повною механічною енергію тіла: Е = Е_к + Е_п.

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.

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.

Підбиваємо підсумки

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. Визначити: а) початкову швидкість кулі; б) кінетичну енергію кулі в момент пострілу; в) частину механічної енергії, яка перетворюється у внутрішню.