Параграф 28 Физика 9 класс Пёрышкин | Конспект

🎢 Закон сохранения механической энергии

🌀 Изменение механической энергии замкнутой системы тел при работе неконсервативных сил

Рассмотрим замкнутую систему, в которой взаимодействуют только её составляющие части без влияния внешних сил.

• Замкнутыми называются такие системы, в которых отсутствует взаимодействие с внешней средой.

• Внутри замкнутой системы могут действовать как консервативные силы (такие как сила тяжести и упругие силы), так и неконсервативные силы (например, силы трения и сопротивления).

• Если при изменении положения тел системы действуют неконсервативные силы, то они совершают работу, которая изменяет полную механическую энергию системы.

• В этом случае изменение механической энергии замкнутой системы равно работе неконсервативных сил, что можно выразить математически.

• Данное соотношение показывает, что неконсервативные силы, такие как трение, уменьшают механическую энергию, превращая её в тепло или другие формы энергии.

📉 Изменение механической энергии замкнутой системы равно работе неконсервативных сил, действующих внутри системы

Если сумма кинетической и потенциальной энергий системы меняется, то причина этого заключается в работе неконсервативных сил.

• Теорема об изменении кинетической энергии гласит, что изменение кинетической энергии равно суммарной работе всех сил, действующих на тело.

• Если помимо консервативных сил в системе присутствуют неконсервативные, то изменение полной механической энергии системы будет зависеть от работы этих неконсервативных сил.

• В частности, увеличение кинетической энергии тела будет сопровождаться уменьшением его потенциальной энергии или наоборот, но суммарная механическая энергия изменится на величину работы неконсервативных сил.

• Это объясняет поведение системы, в которой, например, энергия уходит на преодоление трения или сопротивления среды.

⚖️ Механическая энергия замкнутой системы остаётся постоянной, если между телами системы действуют только консервативные силы

Закон сохранения механической энергии утверждает, что в замкнутой системе, где действуют только консервативные силы, сумма кинетической и потенциальной энергий остаётся неизменной.

• Если отсутствуют силы трения и другие неконсервативные силы, механическая энергия не изменяется при любых движениях тел системы.

• Это значит, что при переходе потенциальной энергии в кинетическую или наоборот, общая механическая энергия системы остаётся постоянной.

• Формально это записывается как равенство начальной и конечной сумм энергий.

• Таким образом, закон сохранения энергии является частным случаем закона изменения механической энергии для идеальных условий.

🎾 Свободное падение шарика на землю с некоторой высоты

Рассмотрим пример свободного падения тел, в котором механическая энергия сохраняется.

• Если шарик свободно падает на землю, его потенциальная энергия на определённой высоте переходит в кинетическую энергию.

• В начальный момент у шарика есть только потенциальная энергия, определяемая высотой над поверхностью Земли.

• По мере падения потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая энергия возрастает.

• Когда шарик достигает поверхности, его кинетическая энергия максимальна, а потенциальная равна нулю.

• При этом полная механическая энергия остаётся постоянной на всём протяжении движения, если отсутствуют силы сопротивления воздуха.

📝 Решение задач с использованием закона сохранения механической энергии

Закон сохранения механической энергии позволяет упростить расчёты и определить параметры движения, не учитывая промежуточные значения энергии.

• При падении яблока с определённой высоты его потенциальная энергия превращается в кинетическую.

• В этом случае можно определить скорость яблока в любой момент, зная его начальную высоту и конечное положение.

• Подобным образом, можно вычислить высоту, на которую поднимется мяч, если известна его скорость при отскоке от земли.

• Важно правильно учитывать все силы, действующие на систему, чтобы определить изменение механической энергии.

💎 База параграфа

• 📐 Величины и формулы:

  • Механическая энергия (E) — сумма кинетической и потенциальной энергий. E = Eк + Eп.

  • Закон сохранения механической энергии — Eк1 + Eп1 = Eк2 + Eп2 (при работе только консервативных сил).

  • Изменение механической энергии (ΔE) — равно работе неконсервативных сил. ΔE = Aнконс.

• 🧪 Явления и опыты:

  • Свободное падение тел — явление перехода потенциальной энергии в кинетическую без потери полной энергии (при отсутствии сопротивления).

  • Движение с трением — процесс превращения механической энергии во внутреннюю (тепло) под действием неконсервативных сил.

• 📖 Определения:

  • Замкнутая система — система, в которой отсутствует взаимодействие с внешней средой.

  • Консервативные силы — силы, работа которых не зависит от траектории (сила тяжести, сила упругости).

  • Неконсервативные силы — силы, работа которых зависит от траектории и приводит к изменению полной механической энергии (сила трения, сила сопротивления).

  • Закон сохранения механической энергии — в замкнутой системе при наличии только консервативных сил полная энергия остается неизменной.

📝 Подведем итоги

• Полная механическая энергия замкнутой системы сохраняется только при отсутствии неконсервативных сил.

• Действие сил трения и сопротивления всегда приводит к уменьшению механической энергии системы.

• В идеальных условиях (свободное падение без воздуха) потенциальная и кинетическая энергии превращаются друг в друга, сохраняя общую сумму.

• Использование закона сохранения значительно упрощает расчет параметров движения (скорости и высоты) в механических задачах.