Физика › 7 класс › Работа и мощность. Энергия

Тема 51Превращение механической энергии

★★★

Термины темы — найди их в тексте:крайних точкахнижней точке

Механическая энергия может превращаться из одного вида в другой. Вода падает с плотины — её потенциальная энергия переходит в кинетическую. Падающая вода вращает колесо и совершает работу.

Падающая вода вращает мельничное колесо Иллюстрация: light-fizika.ru

Маятники

У качающегося маятника энергия всё время переходит из одного вида в другой:

в крайних точках маятник на мгновение останавливается — потенциальная энергия наибольшая, кинетическая равна нулю;
в нижней точке скорость наибольшая — кинетическая энергия максимальна, потенциальная — наименьшая.

Нитяной и пружинный маятники Иллюстрация: light-fizika.ru

Маятник Максвелла

Диск на оси подвешен на двух нитях. Нити наматывают на ось — диск поднимается и получает потенциальную энергию. Отпустим: диск опускается, раскручивается — потенциальная энергия переходит в кинетическую. Внизу нить раскрутилась до конца, а диск по инерции снова наматывает её и поднимается почти до прежней высоты. Так повторяется, пока трение не «съест» всю энергию.

Удар упругих тел

Стальной шар падает на стальную плиту: шар и плита на миг упруго деформируются, затем распрямляются и подбрасывают шар почти на прежнюю высоту. Кинетическая энергия → энергия деформации → кинетическая → потенциальная.

Упругий шар отскакивает от плиты Иллюстрация: light-fizika.ru

Передача энергии

Тела могут передавать энергию друг другу. Натянутая тетива лука отдаёт свою потенциальную энергию стреле — та получает кинетическую.

Тетива лука передаёт энергию стреле Иллюстрация: light-fizika.ru

Превращение энергии

Если трения нет, полная механическая энергия сохраняется: $E_\text{к}+E_\text{п}=\text{const}$ . Энергия только переходит из одного вида в другой. Трение превращает механическую энергию во внутреннюю — тела нагреваются.

Образ для запоминания

Энергия — «монета, которую передают из рук в руки»: потенциальная → кинетическая → снова потенциальная. Монета не исчезает, но трение потихоньку «стирает» её в тепло.

⚗ Мини-опыт

Отклоните маятник и отпустите. В каких точках потенциальная энергия наибольшая, а в каких — кинетическая? Включите трение — куда «уходит» энергия?

▶ Симуляция PhET

В «Энергии в скейт-парке» следите, как энергия переходит из потенциальной в кинетическую и обратно. В «Лаборатории маятника» включите столбики энергии.

Энергетический скейт-парк: основыОткрыть ↗

Математический маятникОткрыть ↗

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.

1Где у качающегося маятника наибольшая кинетическая энергия?

Там скорость максимальна.

2Мяч бросили вверх. Какая энергия растёт при его подъёме?

Высота растёт, скорость уменьшается.

3Почему маятник в конце концов останавливается?

Энергия не исчезает, а превращается в тепло.

✎ Задачи

А Уровень А по образцу: одна формула, один шаг

Какие превращения энергии происходят при падении воды с плотины?
Ответ
Потенциальная энергия переходит в кинетическую.
Как получилось?
В какой точке траектории у брошенного вверх мяча наибольшая потенциальная энергия?
Ответ
В верхней.
Как получилось?
Какая энергия у тетивы лука перед выстрелом?
Ответ
Потенциальная энергия деформации.
Как получилось?
Мяч массой 0,5 кг падает с высоты 4 м. Чему равна его кинетическая энергия у земли (без сопротивления воздуха)?
Ответ
$E_\text{к}=E_\text{п}=0{,}5\cdot10\cdot4=20$ Дж.
Как получилось?
Почему мяч, отскакивая, не поднимается на прежнюю высоту?
Ответ
Часть энергии переходит во внутреннюю (нагрев мяча, пола, воздуха).
Как получилось?

Б Уровень Б сам: несколько шагов, перевод единиц

Камень массой 2 кг бросили вверх со скоростью 10 м/с. На какую высоту он поднимется (без сопротивления воздуха)?
Ответ
$E_\text{к}=\dfrac{2\cdot100}{2}=100$ Дж $=mgh$ ; $h=\dfrac{100}{20}=5$ м.
Как получилось?
С какой скоростью упадёт на землю тело с высоты 20 м (без сопротивления воздуха)?
Ответ
$mgh=\dfrac{mv^2}{2}$ ; $v=\sqrt{2gh}=\sqrt{400}=20$ м/с.
Как получилось?
Санки съехали с горы высотой 5 м, но внизу их скорость 8 м/с, а не 10 м/с. Куда «делась» часть энергии?
Ответ
Без трения было бы $v=\sqrt{2gh}=10$ м/с. Часть механической энергии перешла во внутреннюю из-за трения о снег и воздух.
Как получилось?

↻ Закрепи

Карточки терминов

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

Маятник

Вверху — максимум потенциальной энергии, внизу — кинетической.

Сохранение энергии

Без трения

E_\text{к}+E_\text{п}

постоянна; энергия переходит из вида в вид.

Трение и энергия

Трение превращает механическую энергию во внутреннюю.

Экспресс-карта

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