Физика · конспекты
★0
Физика › 7 класс › Работа и мощность. Энергия

Тема 50Механическая энергия

★★★
Термины темы — найди их в тексте:ЭнергияКинетическая энергияПотенциальная энергияПолная механическая энергияработуубылимассаскоростьвысотажёсткостьдеформация

Сжатая пружина, распрямляясь, толкает шарик. Поднятый мяч, падая, может что-то сдвинуть. Едущая машина толкает препятствие. Все они могут совершить работу — значит, у них есть энергия.

Сжатые пружины, падающий мяч, едущая машина могут совершить работуСжатые пружины, падающий мяч, едущая машина могут совершить работуСжатые пружины, падающий мяч, едущая машина могут совершить работу
Сжатые пружины, падающий мяч, едущая машина могут совершить работу Иллюстрация: light-fizika.ru
Шарик сдвигает брусок

Стальной шарик скатывается с наклонной плоскости и сдвигает брусок — совершает работу. Значит, у шарика была энергия.

Скатившийся шарик сдвигает брусок
Скатившийся шарик сдвигает брусок Иллюстрация: light-fizika.ru
Определение

Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело. Обозначают EE, измеряют в джоулях (Дж).

Работа, совершённая телом, равна убыли его энергии.

Виды энергии: механическая, тепловая, электрическая, химическая, ядерная и другие
Виды энергии: механическая, тепловая, электрическая, химическая, ядерная и другие Иллюстрация: light-fizika.ru

Кинетическая энергия

Определение

Кинетическая энергия — энергия движущегося тела.

Она тем больше, чем больше масса тела и его скорость:

Eк=mv22E_\text{к}=\frac{m v^2}{2}
Катящийся с горы камень набирает кинетическую энергию
Катящийся с горы камень набирает кинетическую энергию Иллюстрация: light-fizika.ru

Потенциальная энергия

Определение

Потенциальная энергия — энергия взаимодействия тел или частей одного тела.

  • Тело, поднятое над Землёй: чем больше масса и высота, тем больше энергия:
Eп=mghE_\text{п}=m g h
  • Деформированная пружина: чем больше жёсткость и деформация, тем больше энергия.
Поднятый в гору камень обладает потенциальной энергией. Сжатая пружина — тожеПоднятый в гору камень обладает потенциальной энергией. Сжатая пружина — тоже
Поднятый в гору камень обладает потенциальной энергией. Сжатая пружина — тоже Иллюстрация: light-fizika.ru
Определение

Полная механическая энергия — сумма кинетической и потенциальной энергий тела: E=Eк+EпE=E_\text{к}+E_\text{п}.

Отклонённый маятник: потенциальная энергия переходит в кинетическую
Отклонённый маятник: потенциальная энергия переходит в кинетическую Иллюстрация: light-fizika.ru
Образ для запоминания

Кинетическая — «энергия бега» (масса и скорость, причём скорость в квадрате!), потенциальная — «энергия запаса» (высота или сжатая пружина). Шар на полке — запас, шар в полёте — бег.

⚗ Мини-опыт

Поднимите шар выше, разгоните его, увеличьте массу. Как меняются потенциальная и кинетическая энергия? Во сколько раз растёт кинетическая энергия, если скорость удвоить?

▶ Симуляция PhET

На экране «Введение» включите диаграмму энергии. Запускайте скейтера с разной высоты и следите за столбиками энергии.

Энергетический скейт-парк: основыОткрыть ↗

Симуляция: PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder, лицензия CC BY-NC 4.0 (phet.colorado.edu); русский перевод интерфейса.

? Проверь себя

Ответь, не подглядывая в конспект: вспоминать — лучший способ запомнить.

1Какой энергией обладает летящий мяч?
Он движется и находится над Землёй.
2Скорость тела увеличили в 2 раза. Как изменилась кинетическая энергия?
Eк∼v2E_\text{к}\sim v^2.
3От чего зависит потенциальная энергия поднятого тела?
Eп=mghE_\text{п}=mgh.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

  1. Что такое энергия?

    Ответ

    Величина, показывающая, какую работу может совершить тело.

    Как получилось?

  2. Найдите потенциальную энергию тела массой 2 кг на высоте 5 м (g=10g=10 Н/кг).

    Ответ

    Eп=2⋅10⋅5=100E_\text{п}=2\cdot10\cdot5=100 Дж.

    Как получилось?

  3. Найдите кинетическую энергию мяча массой 0,4 кг, летящего со скоростью 10 м/с.

    Ответ

    Eк=0,4⋅1002=20E_\text{к}=\dfrac{0{,}4\cdot100}{2}=20 Дж.

    Как получилось?

  4. Какой энергией обладает сжатая пружина?

    Ответ

    Потенциальной.

    Как получилось?

  5. Что такое полная механическая энергия?

    Ответ

    Сумма кинетической и потенциальной энергий.

    Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

  1. Самолёт массой 50 т летит на высоте 10 км со скоростью 200 м/с. Найдите его потенциальную и кинетическую энергию.

    Ответ

    Eп=5⋅104⋅10⋅104=5⋅109E_\text{п}=5\cdot10^4\cdot10\cdot10^4=5\cdot10^9 Дж; Eк=5⋅104⋅4⋅1042=109E_\text{к}=\dfrac{5\cdot10^4\cdot4\cdot10^4}{2}=10^9 Дж.

    Как получилось?

  2. На какую высоту надо поднять гирю массой 5 кг, чтобы её потенциальная энергия стала 300 Дж?

    Ответ

    h=Emg=30050=6h=\dfrac{E}{mg}=\dfrac{300}{50}=6 м.

    Как получилось?

  3. Почему гружёный грузовик опаснее пустого при той же скорости?

    Ответ

    Масса больше — больше кинетическая энергия, а значит, и разрушительная работа при столкновении.

    Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

Нажми на карточку — она перевернётся. «Знаю» — карточка вернётся на повторение позже (через сутки, неделю, месяц), «Повторить» — скоро снова.

Энергия
Показывает, какую работу может совершить тело; измеряют в джоулях.
Кинетическая энергия
Eк=mv22E_\text{к}=\dfrac{mv^2}{2} — энергия движения.
Потенциальная энергия
Eп=mghE_\text{п}=mgh — энергия поднятого тела или сжатой пружины.
Полная механическая энергия
E=Eк+EпE=E_\text{к}+E_\text{п}.

Экспресс-карта

Возьми лист и за 3 минуты нарисуй по памяти карту темы: в центре — тема, ветви — главные идеи, на ветвях — термины. Потом сравни.