Закон сохранения энергии, работа и мощность в механике

Энергия – самая важная сохраняющаяся величина не только в механике. Энергия тесно связана с работой.

МЕХАНИЧЕСКАЯ
ЭНЕРГИЯ - СКАЛЯРНАЯ ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА, ПОКАЗЫВАЮЩАЯ, КАКУЮ РАБОТУ СПОСОБНО СОВЕРШИТЬ ТЕЛО
Е
в СИ [Е] = [Дж]
1 Дж = 1 Н∙м
А = ΔЕ
Совершённая работа равна изменению энергии

Кинетическая энергия Ек
Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической (от греч. кинема - движение)
Ек зависит от:
1) Скорости v – чем больше скорость, тем больше Ек;
2) Массы m – чем больше масса, тем больше Ек.
Ек =
mv2
2

ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ ЕП
Потенциальной (от лат. потенциал – возможность) энергией называется энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела.
Потенциальной энергией обладают тела, поднятые на высоту h над Землёй
Чем больше h, тем больше Eп
А = Eп1 – Eп0
Eп0 = 0 => A = Eп1
A = F∙h, F = m∙g
A = m∙g∙h
Eп = m∙g∙h
h
Eп1
Eп0
Забивание свай молотом копра

х – удлинение
к - жесткость

МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ МОЖЕТ ПЕРЕХОДИТЬ ИЗ ОДНОГО ВИДА В ДРУГОЙ
h
Eп max
Ek = 0
Ek ↑
Eп ↓
Ek max
Eп = 0

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ
В замкнутой системе тел сумма потенциальной и кинетической энергии остаётся неизменной при любых взаимодействиях тел этой системы

Закон сохранения энергии в механике
A=ΔEk
A=-ΔEп
ΔEk=-ΔEп
Величину Е, равную сумме кинетической и потенциальной энергий системы, называют механической: Е=Ек+Еп

В изолированной системе, в которой действуют консервативные силы, механическая энергия сохраняется. В этом состоит закон сохранения механической энергии.

Во всех процессах, происходящих в природе, как и в создаваемых приборах, устройствах всегда выполняется закон сохранения и превращения энергии: энергия не исчезает и не появляется вновь, она может только перейти из одного вида в другой.

Энергия тесно связана с работой силы.
Работа силы – величина, характеризуемая воздействием на тела сил, приводящих к изменению модуля скорости.
A=Fs
Механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и пройденному пути.

Понятие работы
Термин «Работа»
ввел французский
ученый Ж. Понселе.
Работа - это деятельность человека.
При совершении работы на тело действует сила и точка приложения силы перемещается вместе с телом

примеры совершения
работы:
а) поднятие груза
б) движение по шероховатой поверхности
в) завод часовой пружины
г) ускорение какого – либо тела

Величина и знак работы
для совершения работы необходимо выполнение трех условий:
к телу должна быть приложена какая-то сила,
тело должно двигаться;
направление движения не должно быть перпендикулярным по отношению к направлению действия силы.
Если хотя бы одно из этих условий не будет выполнено, то работа будет равна нулю.
Если тело, к которому приложена сила, продолжает оставаться в покое, то механическая работа при этом не совершается.
Если угол между силой и перемещением 90º, то работа равна нулю.
Если направление силы и перемещения совпадают, то работа положительна; если эти величины противоположны, то работа отрицательна.

Работа силы:
Работа силы тяжести:
A = mgh
Работа силы упругости:
Работа силы трения:
A = - FTP s

A=ΔEk=Ek2-Ek1
Это равенство выражает теорему об изменении кинетической энергии: изменение кинетической энергии тела(материальной точки) за некоторый промежуток времени равно работе, совершённой за то же время силой, действующей на тело.

Мощность
Мощностью называют отношение работы А к интервалу времени ∆t , за который эта работа совершена.
N=A/t

Мощность
Мощность характеризует
быстроту совершения работы.
Мощность (N) – физическая величина, равная отношению работы A к промежутку времени t, в течение которого совершена эта работа.
Мощность показывает, какая работа совершается за единицу времени.

В Международной системе (СИ)
единица мощности
называется Ватт (Вт) в честь английского изобретателя
Джеймса Ватта ( Уатта ), построившего первую паровую машину.
1 Вт = 1 Дж / 1с
1 Ватт равен мощности силы, совершающей работу
в 1 Дж за 1 секунду или, когда груз массой 100г поднимают на высоту 1м за 1 секунду.

В технике широко используются более крупные единицы мощности – киловатт(кВт) и мегаватт(МВт), а также более мелкая единица – милливатт(мВт)
1МВт = 1 000 000 Вт
1 кВт = 1 000 Вт
1 мВт = 0,001 Вт

Джеймс Уатт ( 1736 - 1819 ) пользовался другой единицей мощности - лошадиной силой ( 1 л.с. ), которую он ввел с целью возможности сравнения
работоспособности паровой машины и лошади.
1л.с. = 735Вт
Однако, мощность одной средней лошади –
около 1/2 л.с., хотя лошади бывают разные.

Джеймс Уатт – английский изобретатель, первым построившим паровую машину, в качестве единицы мощности использовал лошадиную силу.
С ее помощью он сравнивал работоспособность лошади и своей паровой машины.

Эта единица часто используется и в наши дни для характеристики мощности двигателя автомобиля.

Мощность двигателя автомобиля Жигули = 75 кВт
Это интересно

Мощность электроплиты = 8000 Вт

Мощность двигателя космического корабля составляет 20 000 000 кВт

Мощность человека при ходьбе в среднем равна 60 Вт

Мощность бегущего гепарда достигает 1000 Вт

2. Чем большую работу может совершить тело, тем _ _ _ _ _ энергией оно обладает.
3. Чем меньшую работу может совершить тело, тем _ _ _ _ _ энергией оно обладает.
1.В каких единицах выражают энергию в системе СИ ?

При совершении работы энергия тел изменяется.
совершенная работа изменение энергии
>
=
<
Подумаем…

Какую энергию расходуют при своей работе:
Автомобили ?
Самолеты ?
Гидротурбины ?
Станки на заводе ?
Люди ?
Работа – энергия
Автомобиль – энергию
бензина…

кинетические энергии следующих тел:
Грузовой и легковой автомобили, движущиеся со скоростью 60 км/ч.
Бегущий слон и пуля, вылетевшая из ружья.
Два самолета равной массы, летящие с одинаковой скоростью на разных высотах.
Автомобиль, обгоняющий другой автомобиль такой же массы.
Энергия грузовика больше
Могут быть равными
Их энергии равны
Энергия у обгоняющего больше
Сравни

а) кинетической
б) потенциальной
Подумай и ответь
Какой энергией обладает растянутая или сжатая пружина ?

а) кинетической
б) потенциальной
Подумай и ответь
Камень, падающий на землю, непосредственно перед ударом о землю обладает ………энергией.

а) кинетической
б) потенциальной
Подумай и ответь
Пружина заведенных часов обладает …….. энергией.

а) потенциальной
б) кинетической
в) потенциальной и кинетической
Подумай и ответь
4. Какой энергией относительно земли обладает летящий самолет ?