§68. Превращение одного вида механической энергии в другой

Вопросы

1. Как на опыте можно показать превращение одного вида механической энергии в другой?

Ответ:

Весьма яркий опыт можно провести на примере маятника Максвелла, изображённом на рисунке 195. В нем изначально диск закручен на нитях, и он обладает потенциальной энергией. Когда он падает вниз, то раскручивается, приобретает кинетическую энергию падающего тела и крутящегося тела. Далее в нижней точке он обладает максимальной кинетической энергией и минимальной потенциальной.
 Потом за счет кинетической энергии он поднимается вверх, накручиваясь на нити. Подъем происходит чуть ниже первоначальной точки, так как были потери на тепло, на силы трения. И вновь опускается, пока не достигнет нижней точки. Так и продолжаются затухающие колебания, до тех пор пока вся энергия не будет израсходована.

рис. 195. Маятник Максвелла

2. Какие превращения энергии происходят при падении воды с плотины?

Ответ:

 Здесь происходит трансформация потенциальной энергии воды, в водохранилище, в кинетическую энергию падающей воды. Вода в водохранилище падает с плотины, преобразую потенциальную энергию в кинетическую. Вращаются турбины, создающие электрический ток, идущий по проводам в распределительный станции и к нам в дома. Так происходит трансформация энергий, где есть место и кинетической энергии падающей воды. 
 Потери происходят на шум, тепло создаваемое от падения воды, на вибрацию от падающей воды. В общем на все то, что не участвует во вращении турбин, а создает дополнительные эффекты.

3. Какие превращения энергии происходят при ударе стального шарика о стальную плиту?

Ответ:

Посмотрим на процесс падения стального шарика на стальную плиту  (рис. 196), разберем происходящее.
Итак, первоначально шарик обладает потенциальной энергией, он имеет массу и определенную высоту. Как только мы его выпускаем, то потенциальная энергия трансформируется в кинетическую. При ударе возникает противодействующая сила, которая отталкивает шарик вверх, он меняет направление полета. При этом набирает высоту и теряет скорость. В итоге он поднимается чуть ниже первоначальной своей точки ха счет потерь. Зависает в воздухе и вновь летит вниз, повторяя весь цикл снова.

По факту такой процесс происходит со всеми вещами падающими с высоты и отскакивающими от поверхности, а также с маятниками.

рис. 196. Превращение потенциальной энергии шарика в кинетическую при его падении

Упражнение 35

1. Какие превращения одного вида энергии в другой происходят:
а) при падении воды водопада;
б) при бросании мяча вертикально вверх;
в) при закручивании пружины механических часов;
г) на примере дверной пружины.

Ответ:

а) потенциальной в кинетическую;
б) вначале кинетическая в потенциальную, когда мяч летит вверх, а затем потенциальной в кинетическую, при падении вниз.
в) возникает потенциальная энергия, которая будет давать энергия для механизма часов.
г) пружина обладает потенциальной энергией, которую она стремиться отдать. При открывании двери пружина получает еще большую значимую потенциальную энергию, но так как дверь отпускают, она возвращается в свое более низкое энергетическое состояние с потенциальной энергией. 

2. Массы падающих тел одинаковы. Одинаковы ли значения потенциальной энергии тел на одной и той же высоте и одинаковы ли значения кинетической энергии на этой высоте?

Ответ:

Мы знаем, что потенциальная энергия тела над Землей зависит от массы m, силы тяготения (ускорения свободного падения g) и высоты ($Е_{п} = gmh$).
Получается, что значение потенциальной энергии будет одинаковое на одной высоте.
Что на счет кинетической энергии, то она прямо пропорциональна массе тела и квадрату скорости ($E_{к}=\frac{mv^{2}}{2}$).
Получается, что падая с одной высоты кинетическая энергия двух тел будет одинаковой в любой точке высоты. 

3. Приведите примеры тел, обладающих одновременно кинетической и потенциальной энергией.

Ответ:

Все что движется на каком-то уровне над поверхностью земли обладает двумя видами энергии, даже в тот момент, когда происходит трансформация потенциальной энергии в кинетическую. Падающий мяч, летящая птица, вода падающая с плотины в средней ее высоте и подобное.

Итоги главы

Проверь себя

1. Механическая работа совершается:
А. если на тело действует сила и оно движется
Б. если сила тяжести равна весу тела
В. всегда, когда тело движется

Ответ:

Механическая работа в том случае, если:
А. если на тело действует сила и оно движется

2. Механическую работу вычисляют по формуле:
A. A = Fs
Б. Р = gm
В. $p=\frac{F}{S}$

Ответ:

Механическую работу вычисляют по формуле:
A. A = Fs

сила и путь обязательные критерии совершения работы

3. Мощность − это:
A. отношение работы ко времени, за которое она была совершена
Б. работа, которую совершает тело
B. сила, с которой совершается работа

Ответ:

Мощность − это работа совершаемая в единицу времени, значит:
A. отношение работы ко времени, за которое она была совершена

4. За единицу мощности в СИ принят:
A. ватт (Вт)
Б. джоуль (Дж)
B. ньютон (Н)

Ответ:

В СИ за единицу мощности принят:
A. ватт (Вт)

5. Плечо силы − это:
A. кратчайшее расстояние между точкой опоры и линией действия силы
Б. расстояние до точки приложения силы

Ответ:

Плечом силы является:
A. кратчайшее расстояние между точкой опоры и линией действия силы

6. Условие равновесия рычага:
А. $\frac{F{1}}{F{2}}=\frac{l{2}}{l{1}}$
Б. $\frac{F{1}}{l{1}}=\frac{F{2}}{l{2}}$
B. $F = gm$

Ответ:

Условие равновесия рычага:
А. $\frac{F{1}}{F{2}}=\frac{l{2}}{l{1}}$

7. Момент силы вычисляют по формуле:
A. М = Fl
Б. М = Fs
B. $M=\frac{F}{S}$

Ответ:

Момент силы характеризуется плечом и номиналом силой, то есть:
A. М = Fl

8. КПД —это:
A. отношение полезной работы к полной
Б. равенство полезной работы и полной
B. когда полная работа меньше полезной

Ответ:

КПД —это:
A. отношение полезной работы к полной