05-д. Механическая энергия

§ 05-д. Механическая энергия

Механической энергией тела в физике называют сумму кинетической и потенциальной энергий этого тела. Познакомимся с этими видами энергии на конкретных примерах. Обратимся к рисункам.

Вы видите катящийся шар и разлетающиеся от его удара кегли, вращающиеся лопасти вентилятора и создаваемый ими поток воздуха. Все эти тела движутся. Следовательно, обладают кинетической энергией.

Взгляните: катящийся по дорожке шар сбивает кегли, и они разлетаются по сторонам. Только что выключенный вентилятор ещё некоторое время продолжает вращаться, создавая поток воздуха. Обладают ли эти тела энергией?

Заметим: шар и вентилятор совершают механическую работу, значит, обладают энергией. Они обладают энергией потому, что движутся. Энергию движущихся тел в физике называют кинетической энергией (от греч. «кинема» — движение).

Кинетическая энергия зависит от массы тела и скорости его движения (перемещения в пространстве или вращения). Например, чем больше масса шара, тем больше энергии он передаст кеглям при ударе, тем дальше они разлетятся. Например, чем больше скорость вращения лопастей, тем дальше вентилятор переместит поток воздуха.

По отношению к дороге пень неподвижен. Однако по отношению к велосипедисту пень движется — стремительно приближается. Поэтому с точки зрения спортсмена пень обладает кинетической энергией. Она проявится в случае столкновения — велосипед будет сломан.

Кинетическая энергия одного и того же тела может быть различной с точек зрения различных наблюдателей. Например, с нашей точки зрения как читателей этой книги, кинетическая энергия пня на дороге равна нулю, так как пень не движется. Однако по отношению к велосипедисту пень обладает кинетической энергией, поскольку стремительно приближается, и при столкновении совершит очень неприятную механическую работу — погнёт детали велосипеда.

Энергию, которой тела или части одного тела обладают потому, что взаимодействуют с другими телами (или частями тела), в физике называют потенциальной энергией (от лат. «потенциа» — сила).

Мяч обладает потенциальной энергией потому, что находится под действием архимедовой силы. Гиря — потому, что на нее действует сила тяжести. А причина наличия потенциальной энергии у тетивы — действие силы упругости.

Обратимся к рисунку. При всплытии мяч может совершить механическую работу, например, вытолкнуть нашу ладонь из воды на поверхность. Расположенная на некоторой высоте гиря может совершить работу — расколоть орех. Натянутая тетива лука может вытолкнуть стрелу. Следовательно, рассмотренные тела обладают потенциальной энергией, так как взаимодействуют с другими телами (или частями тела). Например, мяч взаимодействует с водой — архимедова сила выталкивает его на поверхность. Гиря взаимодействует с Землёй — сила тяжести тянет гирю вниз. Тетива взаимодействует с другими частями лука — её натягивает сила упругости изогнутого древка лука.

Одно и то же тело — гиря — по отношению к разным «наблюдателям» обладает разной потенциальной энергией. Расстояние от гири до второго ореха больше, чем до первого. Поэтому «с точки зрения» второго ореха гиря имеет большую потенциальную энергию.

Потенциальная энергия тела зависит от силы взаимодействия тел (или частей тела) и расстояния между ними. Например, чем больше архимедова сила и глубже мяч погружён в воду, чем больше сила тяжести и дальше гиря от Земли, чем больше сила упругости и дальше оттянута тетива, — тем больше потенциальные энергии тел: мяча, гири, лука (соответственно).

Потенциальная энергия одного и того же тела может быть различной по отношению к различным телам. Взгляните на рисунок. При падении гири на каждый из орехов обнаружится, что осколки второго ореха разлетятся намного дальше, чем осколки первого. Следовательно, по отношению к ореху 1 гиря обладает меньшей потенциальной энергией, чем по отношению к ореху 2. Важно: в отличие от кинетической энергии, потенциальная энергия не зависит от положения и движения наблюдателя, а зависит от выбора нами «нулевого уровня» энергии.

Работа и энергия Формулы Физика Теория 7 класс