Представьте себе, что тело в некоторой системе отсчета обладает кинетической и потенциальной энергией. Если система замкнутая, то при каком-либо изменении произошло перераспределение, превращение одного вида энергии в другой, но полная энергия остается по своему значению той же самой (рис. 7).
Рис. 7. Закон сохранения энергии
Представьте себе ситуацию, когда по горизонтальной дороге движется автомобиль. Водитель выключает мотор и продолжает движение уже с выключенным мотором. Что в этом случае происходит (рис. 8)?
Рис. 8. Движение автомобиля
В данном случае автомобиль обладает кинетической энергией. Но вы прекрасно знаете, что с течением времени автомобиль остановится. Куда девалась в этом случае энергия? Ведь потенциальная энергия тела в данном случае тоже не изменилась, она была какой-то постоянной величиной относительно Земли. Как произошло изменение энергии? В данном случае энергия пошла на преодоление сил трения. Если в системе встречается трение, то оно также влияет на энергию этой системы. Посмотрим, как записывается в данном случае изменение энергии.
Изменяется энергия, и это изменение энергии определяется работой против силы трения. Определить работу силы трения мы можем с помощью формулы, которая известна из 7 класса (сила и перемещение направлены противоположно):
Итак, когда мы говорим об энергии и работе, то должны понимать, что каждый раз мы должны учитывать и то, что часть энергии расходуется на преодоление сил трения. Совершается работа по преодолению сил трения. Работа является величиной, которая характеризует изменение энергии тела.
В заключение урока хотелось бы сказать, что работа и энергия по сути своей связанные величины через действующие силы.
|
|
Дополнительная задача 3
Два тела – брусок массой 
и пластилиновый шарик массой 
– движутся навстречу друг другу с одинаковыми скоростями (
). После столкновения пластилиновый шарик прилип к бруску, два тела продолжают движение вместе. Определить, какая часть механической энергии 
превратилась во внутреннюю энергию этих тел, с учетом того что масса бруска в 3 раза больше массы пластилинового шарика (
).
Решение:
Изменение внутренней энергии можно обозначить . Как вы знаете, существует несколько видов энергии. Кроме механической, существует еще и тепловая, внутренняя энергия.
Рис. 9. Иллюстрация к задаче № 3
Запишем в выбранной системе отсчета закон сохранения импульса (с учетом направления скоростей и оси 
):
Вместо мы подставим 
:
Массы сокращаются. Преобразуя это выражение, получаем, что конечная скорость этих тел будет определяться следующим образом:
Это означает, что скорость бруска и пластилинового шарика вместе будет в 2 раза меньше, чем скорость до соударения.
Следующий шаг – это закон сохранения энергии.
В данном случае полная энергия – это сумма кинетических энергий двух тел. Тел, которые еще не соприкоснулись, не ударились. Что произошло после соударения? Посмотрите на следующую запись:
В левой части мы оставляем полную энергию, а в правой части мы должны записать кинетическую энергию тел после взаимодействия 
и учесть, что часть механической энергии превратилась в тепло .
Таким образом, имеем:
Определим отношение 
:
В итоге получаем ответ 
.
|
|
Обратите внимание: в результате такого взаимодействия большая часть энергии превращается в тепло, т. е. переходит во внутреннюю энергию.
Ответ: 
Для изменения прикладываемой силы люди тоже придумали различные механизмы, которые назвали простыми.
Примеры таких механизмов каждому знакомы: когда папа садится на качели ближе к центру, а вы – дальше и таким образом его уравновешиваете, то используете принцип рычага (см. рис. 5)
Рис. 5. Принцип рычага
Этот же принцип используется в ножницах, дверной ручке и лопате. А пандус – это пример наклонной плоскости (см. рис. 3)
Но для того, чтобы создавать эффективные простые механизмы, нужно научиться точно рассчитывать выигрыш, который они дают.
Условно можно выделить три основных вида простых механизмов: наклонная плоскость, рычаг и блок (см. рис. 6)
Рис. 6. Основные виды простых механизмов
О них и пойдёт речь в уроке, но сначала давайте поймем, как вообще можно уменьшить необходимую для поднятия тела силу.