قانون حفظ انرژی برای سیستم تدوین شده است. دایره المعارف مدرسه

از درس فیزیک کلاس هشتم ، می دانید که مجموع انرژی پتانسیل (mgh) و جنبشی (mv 2/2) یک بدن یا یک سیستم از اجسام ، کل انرژی مکانیکی (یا مکانیکی) نامیده می شود.

شما همچنین قانون حفاظت از انرژی مکانیکی را می دانید:

• انرژی مکانیکی یک سیستم بسته از اجسام ثابت می ماند اگر تنها نیروهای گرانشی و کششی بین اجسام سیستم عمل کنند و نیروهای اصطکاکی وجود نداشته باشد

انرژی بالقوه و جنبشی سیستم می تواند تغییر کند و به یکدیگر تبدیل شود. با کاهش انرژی یک نوع ، انرژی نوع دیگر به همان میزان افزایش می یابد ، به همین دلیل مجموع آنها بدون تغییر باقی می ماند.

اجازه دهید اعتبار قانون حفاظت از انرژی را با یک نتیجه گیری نظری تأیید کنیم. برای انجام این کار ، مثال زیر را در نظر بگیرید. یک توپ فولادی کوچک با جرم m آزادانه از ارتفاع معینی به زمین می افتد. در ارتفاع h 1 (شکل 51) ، توپ دارای سرعت v 1 است و با کاهش آن به ارتفاع h 2 ، سرعت آن به مقدار v 2 افزایش می یابد.

برنج. 51. سقوط آزاد توپ از ارتفاع مشخص به زمین

نیروی نیروی گرانش بر روی توپ می تواند هم از طریق کاهش انرژی بالقوه فعل و انفعال گرانشی توپ با زمین (E p) و هم از طریق افزایش انرژی جنبشی توپ (E k) بیان شود. :

از آنجا که سمت چپ معادلات برابر است ، ضلع راست آنها نیز برابر است:

از این معادله بر می آید که هنگام حرکت توپ ، انرژی بالقوه و جنبشی آن تغییر می کند. در این حالت ، انرژی جنبشی به همان میزان افزایش پتانسیل افزایش یافته است.

پس از مرتب سازی مجدد شرایط در معادله گذشته ، بدست می آوریم:

معادله ای که در این فرم نوشته شده نشان می دهد که کل انرژی مکانیکی توپ در حین حرکت آن ثابت می ماند.

می توان اینگونه نوشت:

E p1 + E k1 = E p2 + E k2. (2)

معادلات (1) و (2) یک پرونده ریاضی از قانون حفظ انرژی مکانیکی را نشان می دهند.

بنابراین ، ما از لحاظ نظری ثابت کردیم که کل انرژی مکانیکی یک بدن (به طور دقیق تر ، از یک سیستم بسته از اجسام توپ - زمین) حفظ می شود ، یعنی در طول زمان تغییر نمی کند.

کاربرد قانون حفظ انرژی مکانیکی برای حل مشکلات را در نظر بگیرید.

مثال 1... سیبی به وزن 200 گرم از ارتفاع 3 متر از درخت می افتد در ارتفاع 1 متری از زمین چه انرژی جنبشی خواهد داشت؟

مثال 2... توپ از ارتفاع h 1 = 1.8 متر با سرعت v 1 = 8 متر بر ثانیه به پایین پرتاب می شود. توپ پس از برخورد با زمین تا ارتفاع h 2 چگونه بالا می رود؟ (از دست دادن انرژی ناشی از حرکت توپ و تاثیر آن بر روی زمین را در نظر نگیرید.)

سوالات

1. به چه چیزی انرژی مکانیکی (کل مکانیکی) گفته می شود؟
2. قانون حفظ انرژی مکانیکی را تدوین کنید. آن را به صورت معادلات بنویسید.
3. آیا انرژی بالقوه یا جنبشی یک سیستم بسته در طول زمان تغییر می کند؟

تمرین شماره 22

1. مسئله ای که در پاراگراف مثال 2 در نظر گرفته شده را بدون استفاده از قانون حفاظت از انرژی مکانیکی حل کنید.
2. یخبندان جدا شده از سقف از ارتفاع h = 36 متر از زمین می افتد. در ارتفاع h = 31 متر چه سرعت v خواهد داشت؟ (g = 10 m / s 2 را بگیرید)
3. توپ از تپانچه فنری کودکان به صورت عمودی به سمت بالا با سرعت اولیه v 0 = 5 متر بر ثانیه خارج می شود. تا چه ارتفاعی از محل عزیمت بالا می رود؟ (g = 10 m / s 2 را بگیرید)

ورزش

آزمایش ساده ای را در نظر بگیرید و انجام دهید که به وضوح نشان می دهد اگر جسمی به صورت منحنی حرکت کند ، اگر سرعت حرکت این بدن و نیروی وارد بر آن در امتداد خطوط مستقیم متقاطع باشد. تجهیزات مورد استفاده ، اقدامات خود و نتایج مشاهده شده را شرح دهید.

خلاصه ی فصل
مهم ترین چیز

در زیر نام قوانین فیزیکی و فرمول بندی آنها آمده است. دنباله ارائه فرمول های قوانین با دنباله نام آنها مطابقت ندارد.

اسامی قوانین فیزیکی را به دفترچه منتقل کنید و در پرانتز مربع شماره ترتیبی از عبارت متناسب با قانون نامگذاری شده را بنویسید.

• قانون اول نیوتن (قانون اینرسی) ؛
• قانون دوم نیوتن ؛
• قانون سوم نیوتن ؛
• قانون گرانش جهانی ؛
• قانون حفظ شتاب ؛
• قانون حفظ انرژی مکانیکی

1. شتاب جسم نسبت مستقیمی با نیروهای حاصله بر بدن دارد و با جرم آن نیز عکس معکوس دارد.
2. انرژی مکانیکی یک سیستم بسته از اجسام ثابت می ماند اگر تنها نیروهای گرانشی و کششی بین اجسام سیستم عمل کنند و نیروهای اصطکاکی وجود نداشته باشد.
3. هر دو جسم با نیرویی متناسب با جرم هر یک از آنها و نسبت معکوس با مربع فاصله بین آنها به یکدیگر جذب می شوند.
4. مجموع بردار تکانه های اجسام که یک سیستم بسته را تشکیل می دهند در طول زمان برای هیچ گونه حرکت و فعل و انفعال این اجسام تغییر نمی کند.
5. در صورتی که اجسام دیگر بر روی آنها عمل نکنند یا اقدامات سایر اجسام جبران شود ، سرعت حرکت بدن بدون تغییر باقی می ماند.
6. نیروهایی که دو جسم بر روی یکدیگر عمل می کنند از نظر اندازه برابر و از جهت جهت مخالف هستند.

خودتان را بررسی کنید

وظایف ارائه شده در برنامه الکترونیکی را تکمیل کنید.

این فیلم آموزشی برای آشنایی مستقل با موضوع "قانون حفاظت از انرژی مکانیکی" در نظر گرفته شده است. اول ، ما تعریف انرژی کل و یک سیستم بسته را ارائه می دهیم. سپس ما قانون حفظ انرژی مکانیکی را تدوین کرده و در نظر می گیریم که در چه زمینه هایی از فیزیک می توان از آن استفاده کرد. ما همچنین تعریفی از کار ارائه می دهیم و نحوه تعریف آن را با در نظر گرفتن فرمول های مرتبط با آن یاد می گیریم.

موضوع درس یکی از قوانین اساسی طبیعت است - قانون حفظ انرژی مکانیکی.

ما قبلاً در مورد انرژی بالقوه و جنبشی صحبت کردیم و همچنین در مورد این واقعیت که یک جسم می تواند هم انرژی بالقوه و هم جنبشی را با هم داشته باشد. قبل از صحبت در مورد قانون حفاظت از انرژی مکانیکی ، به یاد داشته باشید که کل انرژی چیست. انرژی مکانیکی کاملمجموع انرژی های بالقوه و جنبشی بدن نامیده می شود.

بیایید آنچه را که سیستم بسته نامیده می شود نیز به خاطر بسپاریم. سیستم بسته- این چنین سیستمی است که در آن تعداد کاملاً مشخصی از بدنهای متقابل وجود دارد و هیچ بدن دیگری از خارج بر روی این سیستم عمل نمی کند.

هنگامی که ما در مورد مفهوم انرژی کل و یک سیستم بسته تصمیم گرفتیم ، می توانیم در مورد قانون حفاظت از انرژی مکانیکی صحبت کنیم. بنابراین، کل انرژی مکانیکی در یک سیستم بسته از اجسام که به وسیله نیروهای گرانشی یا نیروهای کششی (نیروهای محافظه کار) با یکدیگر در تعامل هستند ، برای هرگونه حرکت این اجسام بدون تغییر باقی می ماند.

ما قبلاً قانون حفاظت از حرکت (MMP) را مطالعه کرده ایم:

اغلب اتفاق می افتد که وظایف تعیین شده فقط با کمک قوانین حفظ انرژی و حرکت قابل حل است.

راحت است که با استفاده از مثال سقوط آزاد یک جسم از ارتفاع مشخص ، صرفه جویی در مصرف انرژی را در نظر بگیریم. اگر جسمی در ارتفاع خاصی نسبت به زمین در حال استراحت باشد ، این بدن دارای انرژی بالقوه است. به محض شروع حرکت بدن ، ارتفاع بدن کاهش می یابد و انرژی بالقوه کاهش می یابد. در همان زمان ، سرعت شروع به افزایش می کند ، انرژی جنبشی ظاهر می شود. هنگامی که بدن به زمین نزدیک می شود ، ارتفاع بدن برابر 0 ، انرژی بالقوه نیز برابر با 0 و حداکثر انرژی جنبشی بدن خواهد بود. در اینجاست که تبدیل انرژی بالقوه به انرژی جنبشی مشاهده می شود (شکل 1). همین امر را می توان در مورد حرکت بدن به صورت معکوس ، از پایین به بالا ، هنگامی که بدن به صورت عمودی به سمت بالا پرتاب می شود ، گفت.

برنج. 1. سقوط آزاد بدن از ارتفاع مشخص

وظیفه اضافی 1. "هنگام سقوط بدن از ارتفاع مشخص"

مشکل 1

وضعیت

بدن در ارتفاع از سطح زمین قرار دارد و آزادانه شروع به سقوط می کند. سرعت بدن را در لحظه تماس با زمین تعیین کنید.

راه حل 1:

سرعت اولیه بدن نیاز به پیدا کردن.

قانون حفاظت از انرژی را در نظر بگیرید.

برنج. 2. حرکت بدن (وظیفه 1)

در بالا ، بدن فقط انرژی بالقوه دارد: . هنگامی که بدن به زمین نزدیک می شود ، ارتفاع بدن از سطح زمین برابر 0 خواهد بود ، به این معنی که انرژی بالقوه بدن از بین رفته ، به انرژی جنبشی تبدیل شده است:

با توجه به قانون حفاظت از انرژی ، می توانیم بنویسیم:

وزن بدن کاهش می یابد. با تبدیل معادله فوق ، به این موارد می رسیم :.

پاسخ نهایی این خواهد بود :. اگر همه مقدار را جایگزین کنیم ، بدست می آوریم: .

پاسخ: .

نمونه ای از راه حل مشکل:

برنج. 3. نمونه ای از ثبت راه حل مسئله شماره 1

این مشکل را می توان به روش دیگری حل کرد ، مانند حرکت عمودی با شتاب گرانش.

راه حل 2 :

اجازه دهید معادله حرکت بدن را در فرافکنی بر محور بنویسیم:

هنگامی که بدن به سطح زمین نزدیک می شود ، مختصات آن برابر 0 خواهد بود:

قبل از شتاب گرانش علامت "-" وجود دارد زیرا بر خلاف محور انتخاب شده هدایت می شود.

با جایگزینی مقادیر شناخته شده ، متوجه می شویم که بدن با گذشت زمان سقوط می کند. حالا بیایید معادله سرعت را بنویسیم:

با فرض مساوی شتاب گرانشی ، بدست می آوریم:

علامت منفی بدین معناست که بدن بر خلاف جهت محور انتخاب شده حرکت می کند.

پاسخ: .

نمونه ای از رسمی شدن راه حل مسئله شماره 1 به روش دوم.

برنج. 4. نمونه ای از ثبت راه حل مسئله شماره 1 (روش 2)

همچنین ، برای حل این مشکل ، می توانید از فرمولی استفاده کنید که به زمان بستگی ندارد:

البته ، باید توجه داشت که ما این مثال را با در نظر گرفتن عدم وجود نیروهای اصطکاک در نظر گرفتیم ، که در واقع در هر سیستمی عمل می کنند. بیایید به فرمول ها برویم و ببینیم چگونه قانون حفظ انرژی مکانیکی نوشته شده است:

وظیفه اضافی 2

بدن آزادانه از ارتفاع سقوط می کند. تعیین کنید که انرژی جنبشی در چه ارتفاعی برابر با یک سوم پتانسیل () است.

برنج. 5. تصویر مسئله شماره 2

راه حل:

وقتی جسمی در ارتفاع است ، دارای انرژی بالقوه و تنها پتانسیل است. این انرژی با فرمول تعیین می شود: . این کل انرژی بدن خواهد بود.

هنگامی که بدن شروع به حرکت به سمت پایین می کند ، انرژی بالقوه کاهش می یابد ، اما در عین حال انرژی جنبشی افزایش می یابد. در ارتفاعی که باید تعیین شود ، جسم از قبل دارای سرعت مشخصی V. برای نقطه مربوط به ارتفاع h ، انرژی جنبشی به شکل زیر است:

انرژی بالقوه در این ارتفاع به شرح زیر نشان داده می شود: .

طبق قانون حفظ انرژی ، ما کل انرژی را حفظ می کنیم. این انرژی ثابت باقی می ماند. برای یک نقطه ، می توانیم نسبت زیر را بنویسیم: (طبق Z.S.E.).

به یاد داشته باشید که انرژی جنبشی ، با توجه به مسئله ، می توان موارد زیر را نوشت :.

لطفاً توجه داشته باشید: جرم و شتاب گرانش کاهش می یابد ، پس از دگرگونی های ساده به این می رسیم که ارتفاعی که این نسبت برآورد شده است.

پاسخ:

نمونه ای از طراحی وظیفه 2.

برنج. 6. ثبت راه حل مسئله شماره 2

تصور کنید که جسمی در چارچوب مشخصی از انرژی جنبشی و انرژی بالقوه برخوردار است. اگر سیستم بسته باشد ، با هر تغییری توزیع مجدد رخ می دهد ، تبدیل یک نوع انرژی به دیگری ، اما مقدار کل انرژی از نظر ارزش ثابت می ماند (شکل 7).

برنج. 7. قانون حفاظت از انرژی

موقعیتی را تصور کنید که یک ماشین در جاده ای افقی حرکت می کند. راننده موتور را خاموش می کند و با موتور خاموش به حرکت خود ادامه می دهد. در این مورد چه اتفاقی می افتد (شکل 8)؟

برنج. 8. حرکت وسیله نقلیه

در این حالت ، ماشین دارای انرژی جنبشی است. اما شما به خوبی می دانید که با گذشت زمان ماشین متوقف می شود. در این مورد انرژی کجا رفت؟ از این گذشته ، انرژی بالقوه بدن در این مورد نیز تغییر نکرد ، این نوعی ارزش ثابت نسبت به زمین بود. تغییر انرژی چگونه بوجود آمد؟ در این حالت ، از انرژی برای غلبه بر نیروهای اصطکاک استفاده شد. اگر اصطکاکی در یک سیستم رخ دهد ، بر انرژی این سیستم نیز تأثیر می گذارد. بیایید ببینیم که چگونه تغییر انرژی در این مورد ثبت می شود.

انرژی تغییر می کند و این تغییر انرژی با کار در برابر نیروی اصطکاک تعیین می شود. ما می توانیم کار نیروی اصطکاک را با استفاده از فرمول ، که از کلاس 7 شناخته شده است (نیرو و جابجایی مخالف) تعیین کنیم:

بنابراین ، وقتی در مورد انرژی و کار صحبت می کنیم ، باید درک کنیم که هر بار باید این واقعیت را در نظر بگیریم که بخشی از انرژی صرف غلبه بر نیروهای اصطکاک می شود. کار برای غلبه بر نیروهای اصطکاک در حال انجام است. کار مقداری است که تغییر در انرژی بدن را مشخص می کند.

در پایان درس ، می خواهم بگویم که کار و انرژی ذاتاً به واسطه نیروهای م actingثر ، کمیت های مرتبط هستند.

هدف اضافی 3

دو جسم - یک بلوک از جرم و یک توپ پلاستیکی از جرم - با سرعتهای یکسان به سمت یکدیگر حرکت می کنند (). پس از برخورد ، توپ پلاستین به میله چسبیده است ، دو بدن با هم حرکت می کنند. با در نظر گرفتن این واقعیت که جرم میله 3 برابر جرم توپ پلاستیکین است (چه قسمتی از انرژی مکانیکی به انرژی داخلی این اجسام تبدیل شده است را تعیین کنید.

راه حل:

تغییر در انرژی داخلی را می توان نشان داد. همانطور که می دانید ، انواع مختلفی از انرژی وجود دارد. علاوه بر انرژی مکانیکی ، انرژی گرمایی و داخلی نیز وجود دارد.

یکنواختی زمان (تقارن برشی) منجر به می شود قانون حفاظت انرژی : در هر فرآیند ، کل انرژی یک سیستم جدا شده تغییر نمی کند. انرژی فقط می تواند از یک نوع به نوع دیگر تبدیل شود و از یک بدن سیستم به بدن دیگر منتقل شود. قانون حفظ انرژی یک قانون اساسی طبیعت است که در تمام سطوح ساختاری سازمان ماده اجرا می شود. هیچ پدیده و فرآیندی وجود ندارد که این قانون برای آن انجام نگیرد. نقض قانون حفاظت از انرژی نشان دهنده نقض همگنی زمان است.

همه پدیده ها و فرایندهای موجود در طبیعت - از ساده ترین تا پیچیده ترین - با حفظ انرژی ادامه می یابد. کل انرژی موجود در جهان از لحظه شکل گیری آن تا به امروز ثابت است. ظهور ساختارهای بسیار مرتب (از اتمها و مولکولها تا ستارگان و کهکشانها) و پدیده حیات با تبدیل پی در پی برخی اشکال انرژی به انواع دیگر همراه است. بخشی از انرژی لزوما به پایین ترین شکل - گرما می رود.

یک مورد خاص برای فعالیت عملی یک شخص اهمیت زیادی دارد - قانون حفظ انرژی مکانیکی در زمینه نیروهای محافظه کار انجام شده است.

محافظه کارنیرویی نامیده می شود که کار آن به مسیر بستگی ندارد ، بلکه توسط حالتهای اولیه و نهایی سیستم تعیین می شود. کار نیروی محافظه کار در مسیری بسته صفر است. نیروی جاذبه ، کشش ، نیروی برهمکنش بارهای الکتریکی و غیره محافظه کار هستند ، نیرویی که کار آن بستگی به مسیر حرکت بدن از نقطه ای به نقطه دیگر دارد ، نامیده می شود. اتلاف کننده یک مثال از نیروی اتلاف کننده ، نیروی اصطکاک است. کار نیروی اصطکاک در طول هر مسیر بسته کمتر از صفر است. به میدان های نیرویی که نیروهای محافظه کار در آن عمل می کنند (برای مثال ، میدان گرانشی یا میدان کشسان) می گویند پتانسیل.

قانون حفظ انرژی مکانیکی: در سیستمی از اجسام که بین آنها فقط نیروهای محافظه کار عمل می کنند ، کل انرژی مکانیکی حفظ می شود (با گذشت زمان تغییر نمی کند)

همتر = تی+NS= const . (2.3.15)

در سیستم های محافظه کار ، تبدیل انرژی جنبشی به انرژی بالقوه و بالعکس رخ می دهد ، در حالی که کل انرژی مکانیکی ثابت می ماند.

در سیستمهای اتلاف کننده ، انرژی مکانیکی به دلیل تبدیل به اشکال دیگر (غیر مکانیکی) به تدریج کاهش می یابد. این فرایند نامیده می شود اتلاف (یا اتلاف) انرژی. بنابراین ، اگر در یک سیستم مکانیکی نیروی اصطکاک وجود داشته باشد ، انرژی مکانیکی تا حدی به گرما تبدیل می شود.

سوالات کنترلی

1 تقارن چیست؟ نمونه هایی از عملیات تقارن را بیان کنید.

2 فرمول قضیه Noether. رابطه بین تقارن و قوانین حفاظتی چیست؟

3 قانون حفظ حرکت را تنظیم کنید. این قانون با چه ویژگی فضایی مرتبط است؟

4 نمونه هایی از پدیده هایی را که می توان با قانون حفظ حرکت توضیح داد ، ذکر کنید.

5 قانون حفظ حرکت زاویه ای را تنظیم کنید. این قانون با چه ویژگی فضایی مرتبط است؟

6 نمونه هایی از پدیده هایی را که می توان با قانون حفظ حرکت زاویه ای توضیح داد ، ذکر کنید.

کل انرژی مکانیکی یک سیستم بسته از بدن بدون تغییر باقی می ماند

قانون حفاظت از انرژی را می توان به صورت زیر نشان داد

اگر نیروهای اصطکاک بین اجسام عمل کنند ، قانون حفظ انرژی تغییر می کند. تغییر در کل انرژی مکانیکی برابر با کار نیروهای اصطکاک است

سقوط آزاد یک جسم را از ارتفاع مشخص در نظر بگیرید h1... بدن هنوز حرکت نمی کند (فرض کنید ما آن را نگه داشته ایم) ، سرعت صفر است ، انرژی جنبشی صفر است. انرژی بالقوه حداکثر است ، زیرا در حال حاضر بدن بالاتر از همه چیز از زمین نسبت به حالت 2 یا 3 واقع شده است.

در حالت 2 ، بدن دارای انرژی جنبشی (از آنجا که در حال حاضر سرعت توسعه یافته است) است ، اما انرژی بالقوه کاهش یافته است ، زیرا h2 کمتر از h1 است. بخشی از انرژی بالقوه به جنبشی منتقل شده است.

حالت 3 حالت قبل از توقف است. بدن ، به هر حال ، فقط زمین را لمس کرد ، در حالی که سرعت حداکثر است. بدن حداکثر انرژی جنبشی را دارد. انرژی بالقوه صفر است (بدن روی زمین است).

اگر از نیروی مقاومت هوا غفلت کنیم ، کل انرژی های مکانیکی برابر است. به عنوان مثال ، حداکثر انرژی پتانسیل در حالت 1 برابر حداکثر انرژی جنبشی در حالت 3 است.

و سپس انرژی جنبشی در کجا ناپدید می شود؟ بدون ردیابی ناپدید می شود؟ تجربه نشان می دهد که حرکت مکانیکی هرگز بدون اثری از بین نمی رود و هرگز به خودی خود به وجود نمی آید. هنگام کاهش سرعت بدن ، سطوح گرم می شوند. در نتیجه عمل نیروهای اصطکاک ، انرژی جنبشی ناپدید نشد ، بلکه به انرژی داخلی حرکت حرارتی مولکول ها تبدیل شد.

در هرگونه فعل و انفعالات فیزیکی ، انرژی بوجود نمی آید یا از بین نمی رود ، بلکه فقط از شکلی به شکل دیگر تبدیل می شود.

نکته اصلی که باید به یاد داشته باشید

1) ماهیت قانون حفاظت از انرژی

شکل کلی قانون حفاظت و تبدیل انرژی است

با مطالعه فرآیندهای حرارتی ، فرمول را در نظر خواهیم گرفت
در مطالعه فرآیندهای حرارتی ، تغییر در انرژی مکانیکی در نظر گرفته نمی شود ، یعنی ،

یک آبشار خروشان را تصور کنید. جریانهای قدرتمند آب سر و صدای وحشتناکی ایجاد می کنند ، قطرات در خورشید می درخشند ، کف سفید می شود. خوب است ، اینطور نیست؟

تبدیل یک نوع انرژی مکانیکی به نوع دیگر

و به نظر شما ، آیا این عنصر که به سمت پایین هجوم می آورد انرژی دارد؟ هیچ کس استدلال نمی کند که بله. اما آب چه نوع انرژی خواهد داشت - جنبشی یا پتانسیل؟ و در اینجا معلوم می شود که نه پاسخ اول و نه دوم صحیح نخواهد بود. و پاسخ درست خواهد بود - آب در حال سقوط دارای هر دو نوع انرژی است. یعنی یک بدن واحد می تواند هر دو نوع انرژی داشته باشد. مجموع آنها را انرژی مکانیکی کل بدن می نامند: E = E_k + E_p. علاوه بر این ، در این مورد ، آب نه تنها دارای هر دو نوع انرژی است ، بلکه ارزش آنها در جریان حرکت آب تغییر می کند. هنگامی که آب ما در بالای آبشار قرار دارد و هنوز شروع به ریزش نکرده است ، در این صورت حداکثر انرژی بالقوه را دارد. انرژی جنبشی در این حالت برابر با صفر است. وقتی آب شروع به ریزش می کند ، انرژی جنبشی حرکت دارد. در طول حرکت به سمت پایین ، انرژی بالقوه کاهش می یابد ، زیرا ارتفاع کاهش می یابد ، و برعکس ، جنبش افزایش می یابد ، زیرا سرعت سقوط آب افزایش می یابد. یعنی یک نوع انرژی به نوع دیگر تبدیل می شود. در این حالت ، کل انرژی مکانیکی حفظ می شود. این قانون حفظ و تبدیل انرژی است.

کل قانون حفاظت از انرژی مکانیکی

در کل قانون حفاظت از انرژی مکانیکی آمده است:کل انرژی مکانیکی بدن ، که توسط نیروهای اصطکاک و مقاومت به آن وارد نمی شود ، در روند حرکت خود بدون تغییر باقی می ماند. به عنوان مثال ، هنگامی که اصطکاک کشویی وجود دارد ، بدن مجبور می شود بخشی از انرژی را برای غلبه بر آن صرف کند و طبیعتاً انرژی کاهش می یابد. بنابراین ، در حقیقت ، هنگام انتقال انرژی ، تقریباً همیشه تلفاتی وجود دارد که باید در نظر گرفته شود.

قانون حفاظت از انرژی را می توان به عنوان یک فرمول نشان داد. اگر انرژی اولیه و نهایی بدن را E_1 و E_2 نشان دهیم ، قانون حفظ انرژی را می توان به صورت زیر بیان کرد: E_1 = E_2. در لحظه اولیه زمان ، بدن دارای سرعت v_1 و ارتفاع h_1 بود:

E_1 = (mv_1 ^ 2) / 2 + mgh_1.

در آخرین لحظه زمان با سرعت v_2 در ارتفاع h_2 ، انرژی

E_2 = (mv_2 ^ 2) / 2 + mgh_2.

مطابق قانون حفاظت از انرژی:

(mv_1 ^ 2) / 2 + mgh_1 = (mv_2 ^ 2) / 2 + mgh_2.

اگر مقادیر اولیه سرعت و انرژی را بدانیم ، می توانیم سرعت نهایی را در ارتفاع h محاسبه کنیم ، یا برعکس ، ارتفاعی را پیدا کنیم که بدن در آن سرعت معینی خواهد داشت. در این مورد ، وزن بدن مهم نیست ، زیرا از معادله کاهش می یابد.

همچنین می توان انرژی را از جسمی به جسم دیگر منتقل کرد. بنابراین ، برای مثال ، هنگامی که یک تیر از کمان رها می شود ، انرژی بالقوه تار کمان به انرژی جنبشی یک تیر پرواز تبدیل می شود.

برگشت