На рисунке изображена система из двух блоков – сверху неподвижный прикреплён к доске. Снизу подвижный блок, и он перемещается вверх вместе с грузом. 1) Какой выигрыш в силе даёт подвижный блок? 2) Какую минимальную силу нужно приложить, чтобы с подвижного блока поднять груз массой 100 кг? 3) Вычислите полезную работу Ап по подъёму груза на высоту 1м 4) Вычислите всю совершённую работу Ас по подъёму груза на высоту 1м, если прикладывали силу 550Н 5) Каково КПД блока в %? 6) На сколько метров при этом сместился конец веревки, за которую тянет рука?
Полная механическая энергия тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергии.
Полную механическую энергию рассматривают в тех случаях, когда действует закон сохранения энергии и она остаётся постоянной.
Если на движение тела не оказывают влияния внешние силы, например, нет взаимодействия с другими телами, нет силы трения или силы сопротивления движению, тогда полная механическая энергия тела остаётся неизменной во времени.
Eпот+Eкин=const
Разумеется, что в повседневной жизни не существует идеальной ситуации, в которой тело полностью сохраняло бы свою энергию, так как любое тело вокруг нас взаимодействует хотя бы с молекулами воздуха и сталкивается с сопротивлением воздуха. Но, если сила сопротивления очень мала и движение рассматривается в относительно коротком промежутке времени, тогда такую ситуацию можно приближённо считать теоретически идеальной.
Закон сохранения полной механической энергии обычно применяют при рассмотрении свободного падения тела, при его вертикальном подбрасывании или в случае колебаний тела.
Пример:
При вертикальном подбрасывании тела его полная механическая энергия не меняется, а кинетическая энергия тела переходит в потенциальную и наоборот.
Преобразование энергии отображено на рисунке и в таблице.
2 (1).svg
Точка нахождения тела
Потенциальная энергия
Кинетическая энергия
Полная механическая энергия
3) Самая верхняя
(h = max)
Eпот = m⋅g⋅h (max)
Eкин = 0
Eполная = m⋅g⋅h
2) Средняя
(h = средняя)
Eпот = m⋅g⋅h
Eкин = m⋅v22
Eполная = m⋅v22 + m⋅g⋅h
1) Самая нижняя
(h = 0)
Eпот = 0
Eкин = m⋅v22 (max)
Eполная = m⋅v22
Исходя из того, что в начале движения величина кинетической энергии тела одинакова с величиной его потенциальной энергии в верхней точке траектории движения, для расчётов могут быть использованы ещё две формулы.
Если известна максимальная высота, на которую поднимается тело, тогда можно определить максимальную скорость движения по формуле:
vmax=2⋅g⋅hmax−−−−−−−−−√ .
Если известна максимальная скорость движения тела, тогда можно определить максимальную высоту, на которую поднимается тело, брошенное вверх, по такой формуле:
hmax=v2max2g .
Видео: «Демонстрация изменения кинетической и потенциальной энергии тела при подвеса»
Чтобы отобразить преобразование энергии графически, можно использовать имитацию «Энергия в скейт-парке», в которой человек, катающийся на роликовой доске (скейтер) перемещается по рампе. Чтобы изобразить идеальный случай, предполагается, что не происходит потерь энергии в связи с трением. На рисунке показана рампа со скейтером, и далее на графике показана зависимость механической энергии от места положения скейтера на траектории.
3 (1).svg
На графике синей пунктирной линией показано изменение потенциальной энергии. В средней точке рампы потенциальная энергия равна нулю . Зелёной пунктирной линией показано изменение кинетической энергии. В верхних точках рампы кинетическая энергия равна нулю . Жёлто-зелёная линия изображает полную механическую энергию — сумму потенциальной и кинетической — в каждый момент движения и в каждой точке траектории. Как видно, она остаётся неизменной во всё время движения. Частота точек характеризует скорость движения — чем дальше точки расположены друг от друга, тем больше скорость движения.
4.svg
На графике видно, что значение потенциальной энергии в начальной точке совпадает со значением кинетической энергии в середине рампы.
В реальной ситуации всегда происходят потери энергии, так как часть энергии выделяется в виде тепла под влиянием сил трения и сопротивления.
Поэтому для того, чтобы автомобиль двигался с равномерной и неизменной скоростью, необходимо постоянно подводить дополнительную энергию, которая компенсировала бы энергетические потери.
Если бы исчезла сила трения… Вроде бы жизнь проходит как у всех. Ты также ходишь, спишь и ешь. Но вот представьте себе. Обычный день. Все после сна начинают свой обыкновенный образ жизни. Кто-то собирается на работу, кто-то отдыхает, кто-то идет в школу, в общем, не суть важно. И вдруг сила Трения внезапно исчезла. Окружающий нас мир стал бы совершенно иным. Дома бы мебель “гуляла бы” по комнате от легкого сквозняка. По дороге в школу люди поминутно падали бы и не могли подняться. Ведь только трение покоя позволяет нам отталкиваться ногами, шагая вдоль по ровной дороге. Но не только ходить в мире без трения было бы невозможно. В школе даже самые спокойные из нас, ученики, не смогли бы усидеть за партами – при малейшем движении мы бы соскальзывали на пол. Все ткани расползались бы по ниткам, а нитки – в мельчайшие волокна. Все узлы немедленно развязывались бы; ведь узлы держатся только благодаря трению одних частей верёвки, шнурка или бечёвки о другие. В мире без трения нельзя было бы ничего толком построить или изготовить: все гвозди выпадали бы из стен, – ведь вбитый гвоздь держится только из-за трения о дерево. Все винты, болты, шурупы вывинчивались бы при малейшем сотрясении – они удерживаются только из-за наличия трения покоя. Без трения автомобиль не только нельзя остановить или повернуть, его вообще нельзя заставить катиться. В мире без трения вращающиеся ведущие колёса автомобиля будут «буксовать», как это часто бывает в зимнее время на обледеневшей дороге. Чтобы колёса катились, необходимо трение их о дорогу. И без жидкого трения жизнь на Земле была бы затруднительной. Многое себе можно представить. Поэтому Трение покоя во многих случаях необходимо и выступает очень часто человека. Может быть, одним из полезнейших явлений природы, делающим возможным наше существование, является именно трение?
2100
Объяснение:
Полная механическая энергия тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергии.
Полную механическую энергию рассматривают в тех случаях, когда действует закон сохранения энергии и она остаётся постоянной.
Если на движение тела не оказывают влияния внешние силы, например, нет взаимодействия с другими телами, нет силы трения или силы сопротивления движению, тогда полная механическая энергия тела остаётся неизменной во времени.
Eпот+Eкин=const
Разумеется, что в повседневной жизни не существует идеальной ситуации, в которой тело полностью сохраняло бы свою энергию, так как любое тело вокруг нас взаимодействует хотя бы с молекулами воздуха и сталкивается с сопротивлением воздуха. Но, если сила сопротивления очень мала и движение рассматривается в относительно коротком промежутке времени, тогда такую ситуацию можно приближённо считать теоретически идеальной.
Закон сохранения полной механической энергии обычно применяют при рассмотрении свободного падения тела, при его вертикальном подбрасывании или в случае колебаний тела.
Пример:
При вертикальном подбрасывании тела его полная механическая энергия не меняется, а кинетическая энергия тела переходит в потенциальную и наоборот.
Преобразование энергии отображено на рисунке и в таблице.
2 (1).svg
Точка нахождения тела
Потенциальная энергия
Кинетическая энергия
Полная механическая энергия
3) Самая верхняя
(h = max)
Eпот = m⋅g⋅h (max)
Eкин = 0
Eполная = m⋅g⋅h
2) Средняя
(h = средняя)
Eпот = m⋅g⋅h
Eкин = m⋅v22
Eполная = m⋅v22 + m⋅g⋅h
1) Самая нижняя
(h = 0)
Eпот = 0
Eкин = m⋅v22 (max)
Eполная = m⋅v22
Исходя из того, что в начале движения величина кинетической энергии тела одинакова с величиной его потенциальной энергии в верхней точке траектории движения, для расчётов могут быть использованы ещё две формулы.
Если известна максимальная высота, на которую поднимается тело, тогда можно определить максимальную скорость движения по формуле:
vmax=2⋅g⋅hmax−−−−−−−−−√ .
Если известна максимальная скорость движения тела, тогда можно определить максимальную высоту, на которую поднимается тело, брошенное вверх, по такой формуле:
hmax=v2max2g .
Видео: «Демонстрация изменения кинетической и потенциальной энергии тела при подвеса»
Чтобы отобразить преобразование энергии графически, можно использовать имитацию «Энергия в скейт-парке», в которой человек, катающийся на роликовой доске (скейтер) перемещается по рампе. Чтобы изобразить идеальный случай, предполагается, что не происходит потерь энергии в связи с трением. На рисунке показана рампа со скейтером, и далее на графике показана зависимость механической энергии от места положения скейтера на траектории.
3 (1).svg
На графике синей пунктирной линией показано изменение потенциальной энергии. В средней точке рампы потенциальная энергия равна нулю . Зелёной пунктирной линией показано изменение кинетической энергии. В верхних точках рампы кинетическая энергия равна нулю . Жёлто-зелёная линия изображает полную механическую энергию — сумму потенциальной и кинетической — в каждый момент движения и в каждой точке траектории. Как видно, она остаётся неизменной во всё время движения. Частота точек характеризует скорость движения — чем дальше точки расположены друг от друга, тем больше скорость движения.
4.svg
На графике видно, что значение потенциальной энергии в начальной точке совпадает со значением кинетической энергии в середине рампы.
В реальной ситуации всегда происходят потери энергии, так как часть энергии выделяется в виде тепла под влиянием сил трения и сопротивления.
Поэтому для того, чтобы автомобиль двигался с равномерной и неизменной скоростью, необходимо постоянно подводить дополнительную энергию, которая компенсировала бы энергетические потери.