Видеоурок «Превращение одного вида механической энергии в другой. Взаимное превращение потенциальной и кинетической энергий в механических процессах

Взаимное превращение двух видов механической энергии удобно описывать с помощью графика. Полная энергия не зависит от высоты Л и является постоянной величиной. Полная энергия тела совпадает с потенциальной энергией в той точке графика, в которой пересекаются две прямые: прямая полной энергии и прямая, описывающая зависимость потенциальной энергии от высоты.

Легко понять, что высоте, где пересекаются прямые, соответствует кинетическая энергия, равная нулю. Иначе говоря, на этой высоте тело, брошенное вверх, останавливается и начинает свое движение вниз. Если в процессе движения тело не испытывает сопротивления движению, то тело достигнет поверхности Земли с той же скоростью, мало в начале подъема. В момент столкновения с Землей кинетическая энергия этого тела переходит в потенциальную энергию деформированного тела. Если деформация упругая, вся потенциальная энергия деформированного тела перейдет в кинетическую энергию его движения, но при этом скорость уже направлена вертикально вверх.

Закон сохранения полной механической энергии предусматривает взаимное превращение кинетической энергии в потенциальную и наоборот, в одинаковых количествах. При этом полная механическая энергия остается неизменной.

Вопрос к ученикам во время изложения нового материала

1. При каких условиях полная механическая энергия системы тел сохраняется?

2. Почему при действии силы трения закон сохранения механической энергии нарушается?

3. Груз, подвешенный к пружине, совершает колебания в вертикальном направлении. Какие преобразования энергии при этом происходят? В каких положениях груза потенциальная энергия системы «груз и пружина» является максимальной?

4. На какой вид энергии преобразуется часть полной механической энергии, если на тела системы действуют внешние силы?

Закрепление изученного материала

1. Тренируемся решать задачи

1. Камень бросили вертикально вверх со скоростью 10 м / с. На какой высоте кинетическая энергия камня будет одинаковой с его потенциальной энергии?

2. Тело находится в состоянии покоя, падает с высоты 20 м. На какой высоте скорость его движения равна 10 м / с? С какой скоростью тело упадет на землю?

3. Тело бросили со скоростью 15 м / с под углом к горизонту. Вычислите его скорость на высоте 10 м.

4. Футбольный мяч после удара поднялся на высоту 15 м. Почему равнялась его скорость на этой высоте, если начальная скорость мяча составляла 20 м / с? Сопротивлением воздуха можно пренебречь.

2. Контрольные вопросы

1. Резиновый мяч упал на пол и подскочил вверх. Какие преобразования энергии произошли при этом?

2. Тело соскальзывает по наклонной плоскости так, что его скорость остается неизменной. Изменяется ли при этом полная механическая энергия тела? Какие преобразования энергии при этом происходят?

3. Как изменяется механическая энергия при наличии сил трения?

4. Приведите примеры, когда полная механическая энергия не сохраняется.

В природе, технике и быту можно часто наблюдать превращения одного вида механической, энергии в другой: потенциальной в кинетическую и кинетической в потенциальную, например, при падении воды с плотины ее потенциальная энергия превращается в кинетическую. В качающемся маятнике периодически эти виды энергии переходят друг в друга.

Очень удобно явление превращения одного вида механической энергии в другой наблюдать на приборе, изображенном на рисунке 176. Накручивая на ось нить, поднимают диск прибора. Диск, поднятый вверх, обладает некоторой потенциальной энергией. Если его отпустить, то он, вращаясь, начнет падать. По мере.падения потенциальная энергия диска уменьшается, но вместе, с тем.возрастает его кинетическая энергия. В конце падения диск обладает таким запасом кинетической энергии, что может опять подняться почти до прежней высоты. Поднявшись вверх, диск снова падает, а затем снова поднимается. В этом опыте при движении диска вниз его потенциальная энергия превращается в кинетическую , а при движении вверх кинетическая энергия превращается в потенциальную.

Превращение энергии из одного вида в другой происходит также при ударе двух каких-нибудь упругих тел, например резинового мяча о пол или стального шарика о стальную плиту.

Если поднять над стальной плитой стальной шарик (рис. 177) и выпустить затем его из рук, то он будет падать. По мере падения шарика его потенциальная энергия убывает, а кинетическая растет, так как увеличивается скорость движения шарика. При ударе шарика о плиту произойдет сжатие, как шарика, так и плиты, и кинетическая энергия, которой шарик обладал, превратится в потенциальную энергию сжатой плиты и сжатого шарика. Затем благодаря действию упругих сил плита и шарик примут свою первоначальную форму, шарик отскочит от плиты, а их потенциальная энергия вновь превратится в кинетическую энергию шарика: шарик отскочит вверх со скоростью, равной скорости, которой обладал в момент удара о плиту. При подъеме вверх скорость шарика, а следовательно, и его кинетическая энергия уменьшается, потенциальная энергия растет. Отскочив от плиты, шарик поднимается почти до той же высоты, с которой начал падать. В верхней точке подъема вся его кинетическая энергия вновь превратится в потенциальную.

Явления природы обычно сопровождаются превращением одного вида энергии в другой.

Энергия может и передаваться от одного тела к другому. Так, например, при стрельбе из лука потенциальная энергия натянутой тетивы переходит в кинетическую энергию летящей стрелы.

Вопросы. 1. Как на опыте можно показать превращение одного вида механической энергии в другой? 2. Какие превращения энергии происходят при ударе стального шарика о стальную плиту? 3. Какие превращения энергии происходят при падении воды с плотины?

Упражнения.

1. Укажите превращение одного вида энергии в другой в следующих ду случаях:

• при падении воды водопада;
• при бросании мяча вертикально вверх;
• при закручивании пружины наручных часов;
• на примере дверной пружины.

1. Массы падающих тел одинаковы. Одинаковы ли значения потенциальной энергии тел на одной и той же высоте и одинаковы ли значения кинетической энергии на этой высоте?
2. Приведите примеры тел, обладающих одновременно кинетической и потенциальной энергией.

Задания.

1. Изготовьте нитяной и пружинный маятники. Пронаблюдайте за их колебаниями. Кратко опишите превращения энергии, происходящие при колебании этих маятников.

Указание.

Нитяной маятник состоит из нити, на конце которой укреплен груз.

Пружинный маятник представляет собой пружину, к концу которой подвешен груз. Во время опыта верхний конец пружины укрепляют или держат в руке, груз слегка оттягивают вниз и отпускают.

1. Прочтите в конце учебника параграф «Энергия движущейся воды и ветра. Гидравлические и ветряные двигатели». Подготовьте доклады на темы:

• От водяных колес до современных гидротурбин.
• Ветряные двигатели и их применение .

Явления превращения энергии в механических процессах были рассмотрены в § 2. Напомним некоторые из них. Подбрасывая вверх камень или мяч, мы сообщаем им энергию движения - кинетическую энергию.

Поднявшись до некоторой высоты, предмет останавливается, а затем начинает падать. В момент остановки (в верхней точке) вся кинетическая энергия полностью превращается в потенциальную. При движении тела вниз происходит обратный процесс. Потенциальная энергия превращается в кинетическую.

При этих превращениях полная механическая энергия, т. е. сумма потенциальной и кинетической энергии, остаётся неизменной. Если принять, что потенциальная энергия у поверхности Земли равна нулю, то сумма кинетической и потенциальной энергии тела на любой высоте во время подъёма или падения будет равна

Полная механическая энергия, т. е. сумма потенциальной и кинетической энергии тела, остаётся постоянной, если действуют только силы упругости и тяготения и отсутствуют силы трения.

В этом и заключается закон сохранения механической энергии .

а - нагревание поверхности Земли; б - поглощение солнечной энергии растениями и превращение её в химическую энергию

Когда мы изучали падение свинцового шара на свинцовую доску, то наблюдали превращение механической энергии во внутреннюю.

Следовательно, механическая и внутренняя энергия могут переходить от одного тела к другому .

Этот вывод справедлив для всех тепловых процессов. При теплопередаче, например, тело более нагретое отдает энергию, а тело менее нагретое получает энергию.

При сгорании топлива в двигателе машины внутренняя энергия топлива превращается в механическую энергию движения.

При переходе энергии от одного тела к другому или при превращении одного вида энергии в другой энергия сохраняется.

Примером, подтверждающим сделанный вывод, служит опыт по смешиванию холодной и горячей воды при условии, что мы не допустим перехода теплоты к другим телам. В опыте количество теплоты, отданное горячей водой, равнялось количеству теплоты, полученному холодной водой.

Изучение явлений превращения одного вида энергии в другой привело к открытию одного из основных законов природы - закона сохранения и превращения энергии.

Во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом её значение сохраняется.

Исследуя явления природы, учёные всегда руководствуются этим законом.

Теперь мы можем сказать, что энергия не может появиться у тела, если оно не получило её от другого тела. Для иллюстрации этого закона природы рассмотрим несколько примеров.

Солнечные лучи несут определённый запас энергии. Падая на поверхность Земли, лучи нагревают её. Энергия солнечных лучей при этом превращается во внутреннюю энергию почвы и тел, находящихся на поверхности Земли. Воздушные массы, нагревшись от поверхности Земли, приходят в движение - появляется ветер. Происходит превращение внутренней энергии, которой обладают воздушные массы, в механическую энергию.

Часть энергии солнечных лучей поглощается на поверхности земли листьями растений. При этом в растениях происходят сложные химические реакции. В результате образуются органические соединения, т. е. происходит превращение энергии, переносимой солнечными лучами, в химическую энергию.

Превращение внутриатомной энергии в другие виды энергии находит применение на практике. Атомную энергию, например, преобразуют в электрическую на атомных электростанциях (АЭС).

Закон сохранения энергии представляет научную основу для разнообразных расчётов во всех областях науки и техники. Следует учитывать, что полностью внутреннюю энергию нельзя превратить в механическую.

Вопросы

1. Приведите примеры превращения механической энергии во внутреннюю и внутренней в механическую.
2. Приведите примеры перехода энергии от одного тела к другому.
3. Какой опыт показывает, что при переходе внутренней энергии от одного тела к другому её значение сохраняется?
4. В чём состоит закон сохранения энергии?
5. Какое значение имеет закон сохранения энергии в науке и технике?

Упражнение 10

1. Молот копра при падении ударяет о сваю и забивает её в землю. Какие превращения и переходы энергии при этом происходят? (Следует учесть, что свая и почва нагреваются при ударе.)
2. Какие превращения кинетической энергии автомобиля происходят при торможении?
3. Два одинаковых стальных шарика падают с одинаковой высоты. Один падает на стальную плиту и отскакивает вверх, другой попадает в песок и застревает в нем. Какие переходы энергии происходят в каждом случае?
4. Опишите все превращения и переходы энергии, которые происходят при натирании трубки с эфиром, закрытой пробкой (см. рис. 3).

Это любопытно...

Использование энергии Солнца на Земле

Источником большей части энергии, которой пользуется человек, является Солнце. За счёт солнечной энергии поддерживается средняя годовая температура на Земле около 15 °С. Поток тепла и света, идущий от Солнца, обусловливает саму возможность жизни на нашей планете. Мощность солнечного излучения, падающего на всю земную поверхность, так велика, что для её замены понадобилось бы около 30 миллионов мощных электростанций.

Стоит только представить себе, что произошло бы на Земле, если бы солнце каждый день не освещало Землю! Мы знаем такие места на Земле, которые слабо нагреваются солнцем. Это Арктика и Антарктика. Там лютый холод, вечный лёд и снег.

Великий непрерывный круговорот воды на Земле совершается за счёт энергии Солнца: вода морей, озёр и рек испаряется, пар, поднявшись вверх, сгущается в облака, переносится ветром в разные места Земли и выпадает в виде осадков. Эти осадки питают реки, которые снова несут свои воды в моря и океаны.

Вследствие неравномерного нагрева поверхности Земли Солнцем возникают ветры. Под действием ветров и приносимой ими влаги постепенно разрушаются огромные горные массивы. Энергия рек используется человеком для получения электроэнергии, передвижения судов, энергия ветра- в ветряных двигателях.

Всё, что происходит на Солнце, самым непосредственным образом сказывается на Земле. Вся жизнь на Земле - жизнь растений и животных - зависит от Солнца. В растениях происходит превращение солнечной энергии в химическую энергию. Чтобы понять это, обратимся к опыту.

Перевёрнутая воронка помещена в стакан с водой. В воронке находится лист растения, окружённый воздухом. Если растение освещать солнцем, то можно обнаружить, что из воронки будет выходить кислород (рис. 17). Как объяснить наблюдаемое явление?

Рис. 17. Превращение солнечной энергии в химическую энергию

В зелёный лист растения проникают молекулы оксида углерода (IV), которые всегда находятся в воздухе. В результате химической реакции, в которой участвуют оксид углерода (IV) и вода, содержащаяся в листе, образуются молекулы кислорода химическую энергию и органическое вещество. Кислород выделяется в окружающий воздух, а органическое вещество, содержащее углерод, остаётся в листе растения.

Но мы знаем, что для разложения молекулы на атомы нужно затратить энергию (§ 10). Откуда берётся эта энергия? Если описанный выше опыт производить, не освещая лист растения солнцем, то химической реакции не произойдёт. Значит, разложение оксида углерода (IV) в зелёном листе растения происходит благодаря солнечной энергии.

Каменный уголь представляет собой окаменевшие в земле остатки лесов, когда-то буйно росших на больших пространствах Земли. Значит, и в нём запасена энергия Солнца. В болотах из отмирающих растений образуются пласты торфа, используемого как топливо.

Энергия животных, питающихся растениями, и энергия человека - всё это преобразованная солнечная энергия.

Всё шире используется преобразование энергии солнечного излучения в электроэнергию. На поверхности космических кораблей устанавливают солнечные батареи, которые улавливают солнечную энергию и при помощи фотоэлектрических преобразователей превращают её в электроэнергию, которая поступает в единую систему электропитания корабля. Общая полезная площадь солнечной батареи достигает нескольких десятков квадратных метров.

В областях нашей страны, где велико число ясных солнечных дней в году, солнечное излучение используют для нагревания воды, получения водяного пара.

Человечество научилось использовать дополнительный источник энергии на Земле - атомную энергию, непосредственно не связанную с Солнцем.

1. Приведите примеры превращения кинетической энергии в потенциальную.
Взлет самолета

2. Приведите примеры превращения потенциальной энергии в кинетическую
Тело падает с высоты с начальной скоростью равной нулю

3. Приведите примеры тел, которые одновременно обладают и потенциальной и кинетической энергией.
Водопад, набирающий высоту самолет

4. Приведите примеры передачи энергии от одного тела к другому.

5. Мяч массой m =0,5 кг свободно падает на землю с высоты h=10 м. Определите его потенциальную энергию на этой высоте, кинетическую энергию и скорость мяча в момент удара о землю.

8. Почему ограничено применение ветряных двигателей?
Экономически целесообразно использовать ветродвигательные установки там, где ветры дуют часто и сильно. Например, в Поволжье, на Алтае.

9. В чем преимущества водяных и воздушных двигателей?

2. Насос откачивает бассейн (25х6х2) м3 за 9,8 мин. его мощность
5 нет правильного ответа

3. Ракета, летящая со скоростью u, разгоняется до вдвое большей скорости. В результате сгорания топлива полная масса ракеты уменьшается вдвое по сравнению с массой до разгона, а кинетическая энергия
1 увеличивается в 2 раза

4. Сможет ли автомобиль, разогнавшийся до скорости 108 км/ч, при отключенном двигателе въехать на холм высотой 30 м? какова скорость автомобиля на вершине холма?
3 да, 64 км/ч

5. Груз весом 20 Н находится на вытянутой руке. Длина руки 60 см. Расстояние от плеча до локтя 30 см. Момент силы относительно локтя и плеча равен
1. 6 Н·м, 12 Н·м

Вариант 2

2. Для разгона автомобиля массой 1,5 т до скорости 72 км/ч за 5 с требуется мощность
4. 100 кВт

3. Пружина, накопившая энергию при сжатии ее на 3 см, возвращается к положению равновесия. Затем происходит сжатие н а6 см. Энергия, накопленная пружиной при повторном сжатии, по сравнению с первоначальной
1. вдвое больше

4. Тележка, съезжая с горки без начальной скорости, приобретает у ее подножия скорость 12 м/с. Если тележка начинает движение с горки со скоростью 5 м/с, ее скорость у подножия становится равной
4. 13 м/с

5. Пренебрегая массой рычага, найдите показание стрелочных весов (см. рис.)

«Закон сохранения энергии» - Герман Гельмгольц. Является автором основополагающих трудов по физиологии слуха и зрения. U. h. x. u0=0. Заложил основы теорий вихревого движения жидкости и аномальной дисперсии. S. Энергия движения. X. mg.

«Сохранение и превращение энергии» - При движении тела вниз происходит обратный процесс. Внутренняя энергия тела увеличивается. Нагревание тел происходит при ударах, разгибании и сгибании, т.Е. При деформации. Нальем в трубку немного эфира и закроем пробкой. Поднимем мяч над столом. Теплопередача осуществляется тремя способами: теплопроводность, конвекция, излучение.

«Закон сохранения энергии тепловых процессов» - Газообразное топливо отличается выделением большого количества энергии на 1 кг горючего топлива. Закон сохранения энергии в тепловых процессах. Урок по методу проекта. Проект№ 4 «Теплопередача и закон сохранения энергии». Проект № 3 «Приготовление пищи». В своей жизни мы постоянно встречаемся с разнообразными двигателями.

«Энергия физика» - Вопрос 4 1 На столе лежат деревянный и свинцовый бруски одинаковой массы. А) 4800 Дж Б) 480 Дж В)48 Дж. Вопрос 2 1 При бросании мяча вертикально вверх …. А) потенциальная энергия увеличивается. А) кинетическая энергия увеличивается Б) кинетическая энергия уменьшается В) кинетическая энергия не меняется.

«Кинетическая энергия» - Скорость A относительно B. 13. 7. Пример вычисления кинетической энергии. При вычислении кинетической энергии системы полезна теорема Кенига. 8. Теорема об изменении кинетической энергии. На точку #2 действуют потенциальные внешние силы. Ui-потенциальная энергия внутренних сил (внутренняя энергия). 11.

«Кинетическая и потенциальная энергия» - Энергия. Энергия – физическая величина, характеризующая способность тел совершать работу. МОУ «Гимназия №1» Менделеевского муниципального района Республики Татарстан. Энергия (как и работа) измеряется в джоулях. Кинетическая и потенциальная энергия. Автор – учитель физики, Анисимова Татьяна Сергеевна.

Всего в теме 17 презентаций