Робота і потенційна енергія . Віртуальна лабораторія ВиртуЛаб

24.09.2015

Робота і потенційна енергія

1. З поняттям енергії ви познайомилися в курсі фізики 7 класу. Згадаймо його. Припустимо, що деяке тіло, наприклад візок, з’їжджає з похилої площини і пересуває лежить біля її основи брусок. Кажуть, що візок здійснює роботу. Дійсно, вона діє на брусок з деякою силою пружності і брусок при цьому переміщається.

Інший приклад. Водій автомобіля, що рухається з деякою швидкістю, натискає на гальмо, і автомобіль через яке?час зупиняється. У цьому випадку також автомобіль здійснює роботу проти сили тертя.

Кажуть, щоякщо тіло може зробити роботу, то воно володіє енергією .

Енергію позначають буквою E. Одиниця енергії в СІ — джоуль 1 Дж ).

2. Розрізняють два види механічної енергії — потенційна і кінетична.

Потенційною енергією називають енергію взаємодії тіл або частин тіла, що залежить від їх взаємного положення.

Потенційною енергією володіють всі взаємодіючі тіла. Так, будь-яке тіло взаємодіє з Землею, отже, тіло і Земля володіють потенційною енергією. Частинки, з яких складаються тіла, теж взаємодіють між собою, і вони також володіють потенційною енергією.

Оскільки потенційна енергія — це енергія взаємодії, то вона відноситься не до одного тіла, а до системи взаємодіючих тел. У тому випадку, коли ми говоримо про потенційної енергії тіла, піднятого над Землею, систему складають Земля і підняте над нею тіло.

3. З’ясуємо, чому дорівнює потенційна енергія тіла, піднятого над Землею. Для цього знайдемо зв’язок між роботою сили тяжіння і зміною потенційної енергії тіла.

Нехай тіло масою m падає з висоти h 1 до висоти h 2 (рис. 72). При цьому переміщення тіла дорівнює h = h 1 – h 2. Робота сили тяжіння на цій ділянці буде дорівнює:

Величина mgh 1 = E п1 характеризує початкове положення тіла і являє собою його потенційну енергію в початковому положенні, mgh 2 = E п2 — потенційна енергія тіла в кінцевому положенні. Формулу можна переписати наступним чином:

При зміні положення тіла змінюється його потенційна енергія. Таким чином,

робота сили тяжіння дорівнює зміні потенціальної енергії тіла, взятому з протилежним знаком.

Знак «мінус» означає, що при падінні тіла сила тяжіння робить позитивну роботу, а потенційна енергія тіла зменшується. Якщо тіло рухається вгору, то сила тяжіння робить негативну роботу, а потенційна енергія тіла при цьому збільшується.

4. При визначенні потенційної енергії тіла необхідно вказувати рівень, відносно якого вона відраховується, званий нульовим рівнем .

Так, потенційна енергія м’яча, що пролітає над волейбольною сіткою, щодо сітки має одне значення, а відносно підлоги спортзалу — інше. При цьому важливо, що різниця потенціальних енергій тіла в двох точках не залежить від вибору нульового рівня. Це означає, що робота, здійснена за рахунок потенційної енергії тіла, не залежить від вибору нульового рівня.

Часто за нульовий рівень при визначенні потенційної енергії приймають поверхню Землі. Якщо тіло падає з деякої висоти на поверхню Землі, то робота сили тяжіння дорівнює потенційної енергії: A = mgh .

Отже, потенційна енергія тіла, піднятого на деяку висоту над нульовим рівнем, дорівнює роботі сили тяжіння при падінні тіла з цієї висоти до нульового рівня.

5. Потенціальною енергією володіє будь деформоване тіло. При стиску або розтягу тіла воно деформується, змінюються сили взаємодії між його частинками і виникає сила пружності.

Нехай правий кінець пружини (див. рис. 68) переміщується з точки з координатою Dl 1 в точку з координатою Dl 2. Нагадаємо, що робота сили пружності при цьому дорівнює:

A = – .

Величина = E п1 характеризує стан перше деформованого тіла і являє собою його потенційну енергію в першому стані, величина = E п2 характеризує стан друге деформованого тіла і являє собою його потенційну енергію в другому стані. Можна записати:

робота сили пружності дорівнює зміні потенційної енергії пружини, взятому з протилежним знаком.

Знак «мінус» показує, що в результаті позитивної роботи, досконалою силою пружності, потенційна енергія тіла зменшується. При стиску або розтягу тіла під дією зовнішньої сили його потенційна енергія збільшується, а сила пружності робить негативну роботу.

Запитання для самоперевірки

1. Коли можна сказати про те, що тіло володіє енергією? Яка одиниця енергії?

2. Яку енергію називають потенційною?

3. Як обчислити потенціальну енергію тіла, піднятого над Землею?

4. Залежить потенційна енергія тіла, піднятого над Землею, від нульового рівня?

5. Як обчислити потенціальну енергію пружно деформованого тіла?

Завдання 19

1. Яку роботу треба виконати, щоб перекласти пакет з борошном масою 2 кг з полиці, що знаходиться на висоті 0,5 м щодо статі, на стіл, що знаходиться на висоті 0,75 м щодо статі? Чому дорівнюють щодо статі потенційна енергія пакети з борошном, що лежав на полиці, і його потенційна енергія тоді, коли вона знаходиться на столі?

2. Яку роботу треба виконати, щоб пружину жорсткістю 4 кН/м перевести в стан 1. розтягнувши її на 2 см? Яку додаткову роботу треба зробити, щоб перевести пружину в стан 2. розтягнувши її ще на 1 см? Чому дорівнює зміна потенційної енергії пружини при її переведенні в стан 1 і стану 1 у стан 2. Чому дорівнює потенціальна енергія пружини в змозі 1 і в змозі 2 ?

3. На малюнку 73 наведено графік залежності сили тяжіння, що діє на м’яч, від висоти підйому м’яча. Обчисліть, користуючись графіком, потенційну енергію м’яча на висоті 1,5 м.

4. На малюнку 74 наведено графік залежності видовження пружини від діючої на неї сили. Чому дорівнює потенціальна енергія пружини при подовженні 4 см?

Короткий опис статті: потенційна енергія 1. З поняттям енергії ви познайомилися в курсі фізики 7 класу. Згадаймо його. Припустимо, що деяке тіло, наприклад візок, з’їжджає з похилої площини і пересуває лежить у її заснування Робота потенційна,Робота потенційна енергія,потенційна енергія,Робота,потенційна енергія

Джерело: Робота і потенційна енергія | Віртуальна лабораторія ВиртуЛаб

Також ви можете прочитати