...

Інші завдання дивись тут...

§ 42. МЕХАНІЧНА ЕНЕРГІЯ ТА її ВИДИ

Пальне є джерелом енергії для роботи двигунів, які надають руху автомобілям, тракторам, тепловозам, літакам; вода, яка падає з висоти, обертає гідротурбіни, які з'єднані з електричними машинами, що виробляють електричний струм. Для того, щоб виконувати будь-яку роботу, потрібна енергія. 

Тіла можуть мати потенціальну енергію тому, що займають певне положення або деформуються, та кінетичну енергію тому, що вони знаходяться в русі (рухома вода або нагріта пара, обертаючи турбіни електростанції, втрачає частину своєї кінетичної енергії і виконує роботу).

Дослід 1. Піднімемо над землею м'яч; він перебуває у стані спокою (механічна робота не виконується); відпустимо його (під дією сили тяжіння м'яч падає на землю з певної висоти, під час падіння м'яча виконується механічна робота).

Дослід 2. Стиснемо пружину; зафіксуємо її ниткою і поставимо на пружину гирю; перепалимо нитку; пружина розпрямиться і підніме гирю на деяку висоту (пружина виконала механічну роботу).

Дослід 3. На візку закріпимо стержень з блоком на кінці; через блок перекинемо нитку, один кілець якої намотано на вісь візка, а на другому висить тягарець; відпустимо тягарець (під дією сили тяжіння він опускатиметься вниз і надасть руху візку, тягарець виконав механічну роботу).

Дослід 4. Сталева кулька А, яка скотилася з похилої площини, також виконала механічну роботу: вона перемістила циліндр В на деяку відстань.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1. Що називають енергією?

Енергія (з грец. енергія - діяльність) - фізична величина, що характеризує здатність тіл виконувати роботу (позначають літерою Е). Одиницею енергії, а також і роботи в СІ є один джоуль (1 Дж).

Тіло виконує роботу тоді, коли переходить з одного стану в інший: піднятий над землею м'яч опускається, стиснута пружина розпрямляється, рухома кулька зупиняється (тобто м'яч, піднятий над землею, стиснена пружина, рухома сталева кулька мають енергію), енергія тіла при цьому зменшується, тому виконана тілом механічна робота дорівнює зміні його механічної енергії.

Якщо тіло або кілька тіл під час взаємодії виконують механічну роботу, то кажуть, що вони мають механічну енергію, або енергію.

2. Яку енергію називають потенціальною? Кінетичною?

Потенціальна енергія (з лат. потенціал можливість) - це енергія, яка визначається взаємним положенням тіл, що взаємодіють, або частин того самого тіла.

Потенціальну енергію має вода гірських або рівнинних річок, піднята греблями (вода з вищого рівня падає вниз і обертає колесо гідротурбіни, вал турбіни з'єднано з електричною машиною, яка виробляє електричний струм); літак, який летить високо в небі; дощові краплі у хмарі; молот копра під час забивання паль, потенціальну енергію пружин використовують у годинниках, різноманітних заводних іграшках; пружини амортизаторів і буферів у автомобілях, вагонах, деформуючись, зменшують поштовхи.

Кінетична енергія (з грец. кінетікос - той, що надає руху) - це енергія, яку має тіло внаслідок власного руху.

Кінетичну енергію має вітер, який використовують для надання руху вітряним двигунам (рухомі маси повітря чинять тиск на похилі площини крил вітряних двигунів і змушують їх обертатися, обертальний рух крил за допомогою системи передач передається механізмам, які виконують певну роботу, вітряні двигуни використовують щоб виробляти електроенергію, піднімати зі свердловин воду й подавати її у водонапірні башти, у вітряках, щоб молоти зерно); літак, який летить високо в небі, крім потенціальної енергії, має кінетичну енергію.

3. Від чого залежить потенціальна енергія піднятого над Землею тіла?

Оскільки будь-яке тіло й Земля притягують одне одного, тобто взаємодіють, то потенціальна енергія тіла, піднятого над землею, залежатиме від h - висоти підняття (що більша висота підйому тіла, то більша його потенціальна енергія) та маси (тіло більшої маси матиме й більшу потенціальну енергію).

Під час падіння піднятого тіла на поверхню Землі сила тяжіння виконала роботу A=Fтяжh = mgh (вона відповідає зміні потенціальної енергії тіла від її значення на висоті h до значення на поверхні Землі). Якщо для зручності прийняти, що потенціальна енергія тіла на поверхні Землі дорівнює нулю, то потенціальна енергія тіла, піднятого на деяку висоту h,  дорівнюватиме виконаній під час падіння роботі: Еп = А = Fтяжh = mgh, тобто Еп = mgh, де Еп - потенціальна енергія піднятого тіла; m - маса тіла; g = 9,81 Н/кг; h - висота, на яку підняли тіло.

4. Як визначають потенціальну енергію пружно деформованого тіла?

Відчиняючи двері з пружиною ми розтягуємо її (долаючи силу пружності, тобто виконуємо роботу, внаслідок цього пружина набуває потенціальної енергії), за рахунок набутої потенціальної енергії пружина, скорочуючись, виконує роботу - зачиняє двері.

Потенціальна енергія пружини залежить від її видовження (зміни довжини під час стискання або розтягування) і жорсткості (залежить від конструкції пружини і пружності матеріалу, з якого вона виготовлена). Що більше видовження (деформація) пружини та що більша її жорсткість, то більшої потенціальної енергії вона набуває під час деформації. Така залежність властива будь-якому пружно деформованому тілу. 

Потенціальну енергію пружно деформованого тіла визначають за формулою: Eп=kx2:2, де Еп - потенціальна енергія пружно деформованого тіла (пружини), k - жорсткість тіла (одиниця жорсткості Н/м); х - видовження (деформація) тіла (пружини).

5. Як визначають кінетичну енергію тіла?

Якщо тіло перебуває у стані спокою (його швидкість відносно Землі дорівнює нулю), то і його кінетична енергія відносно Землі дорівнюватиме нулю.

Що більші маса тіла і швидкість, з якою воно рухається, то більша його кінетична енергія. Кінетичну енергію тіла визначають за формулою Ек=mv2/2,

де Ек - кінетична енергія тіла; m - маса тіла; v - швидкість руху тіла.

Інші завдання дивись тут...

 

...