Лабораторная работа проверка закона сохранения энергии: Практическая работа №2 Проверка закона сохранения энергии

Содержание

Практическая работа №2 Проверка закона сохранения энергии

Практическая работа №2

Проверка закона сохранения энергии

Цель работы: Проверить выполнение закона сохранения механической энергии на опытной установке. Сравнить значения потенциальной и кинетической энергии.

Оборудование: шарик, нить, динамометр, измерительная лента, 2 штатива с муфтой и лапкой, груз, массой 100 г, копировальная бумага.

Теоретические основы работы

Закон сохранения энергии является одним из фундаментальных законов природы. Согласно формулировке закона: энергия не возникает из ничего и не исчезает безследно, она только превращается из одного вида энергии в другой — проверяем превращение потенциальной энергии растянутой пружины в кинетическую энергию падающего шара. Чтобы проверить закон сохранения энергии, используем установку, изображённую на рисунке.

Рис.1.

Энергия растянутой пружины при падении шарика начнёт превращаться в кинетическую энергию шарика при его падении вниз по параболе.

Т.е.

Или:

В этой работе проверяется выполнение этого равенства, а, следовательно, закона сохранения энергии.

Предварительные необходимые вычисления:

  1. Найдём коэффициент жёсткости пружины, используя формулу закона Гука: F=-kx. Выразим k: k=F/х

  2. Подвесим груз к крючку динамометра.

  3. Измерим линейкой растяжение пружины.

  4. Вычислим значение коэффициента жёсткости.

Ход работы

  1. Укрепить динамометр в штативе, как показано на рисунке 1.

  2. Прикрепить шарик на нити к крючку динамометра.

  3. Расположить шарик на подставке второго штатива на одной высоте с динамометром.

  4. Придерживая шарик на подставке, отодвинуть штатив с динамометром на такое расстояние, чтобы его показания были равны 1Н, в следующем опыте 2Н, затем 3Н.

  5. Отпустить шарик, он начнет падать вниз по параболе.

  6. Измерить расстояние S, которое пролетает шарик по горизонтали.

  7. Измерить высоту Н, на которой находится шарик.

  8. Горизонтальный полёт шарика представляет собой равномерное движение, поэтому скорость шарика и время падения находим по формулам :

  1. С помощью весов найдём массу шарика.

  2. Найдём значения потенциальной и кинетической энергии.

  3. Все полученные величины занести в таблицу 1

Таблица 1.

Сила

F,H

Деформа

ция

х,м

Коэффициент

жёсткости. k,H/м

Масса

m,кг

Высота

Н,м

Время

t,c

Рассто

яние

S,м

Скорость

V,м/с

Е п,

Дж

Е к, Дж

  1. Записать вывод.

  2. Ответить на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. В каких случаях выполняется закон сохранения механической энергии?

2. Чем можно объяснить неточное выполнение исследуемых равенств?

Лабораторная работа «Изучение закона сохранения механической энергии». 10 класс | Опыты и эксперименты по физике (10 класс):

ГБОУ «Лицей-интернат №61»

Учитель физики Абашеева С.Б-М.

10 класс

Лабораторная работа №2

Изучение закона сохранения механической энергии

Цель работы: научатся измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины, сравнивать два значения потенциальной энергии системы.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, динамометр лабораторный с фиксатором, лента измерительная, груз на нити длиной около 25 см.

 Рис. 1  

Рис. 2    

Ход работы:

  1. Определяем вес шарика F1=1 Н.
  2. Расстояние l  от крючка динамометра до центра тяжести шарика 40 см.
  3. Максимальное удлинение пружины    ∆ l=5 см.
  4. Сила F=20 Н, F/2=10 Н.
  5. Высота падения h= l+ ∆ l=40+5=45см=0,45м.
  6. Ер1=F1х(l+ ∆ l)=1Нх0,45м=0,45Дж.
  7. Ер2=F/2х     ∆L=10Нх0,05м=0,5Дж.
  8. Результаты измерений и вычислений занесем в таблицу:

F1=mg (H)

L (см)

     L (см)

h(см)

F (H)

Ер1 (Дж)

Ер2 (Дж)

1

40

5

20

45

0,45

0,5

  1. Оценить границы погрешности определения потенциальной энергии растянутой пружины и кинетической энергии шара.

                                                         

Вывод: Опытным путем  измерили потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины. При измерениях и вычислениях получили примерно одинаковые потенциальные энергии, что подтверждает закон сохранения энергии.

Контрольные вопросы

  1. Каким выражением определяется потенциальная энергия  деформированной  пружины?
  1. Каким выражением определяется кинетическая энергия тела?
  2. При каких условиях выполняется закон сохранения механической энергии?

Тест « Закон сохранения энергии»

Вариант № 1

1. При падении тела с высоты 2 м сила тяжести совершила работу в 12 Дж. Чему равна масса тела?

а) 6 кг б) 0,6 кг в) 24 кг г) 12 кг.

2. При торможении тело изменило свою скорость с 20 м/с до 5м/с. При этом сила трения совершила работу в 188 Дж. Чему равна масса тела?

а) 15 кг б) 376 кг в) 1 кг г) 25 кг.

3. Процесс работы — это…

а) любой процесс превращения энергии;

б) процесс превращения энергии, не связанный с движением тел;

в) процесс превращения энергии при действии сил на движущееся тело;

г) среди ответов нет «правильного».

4. Какие из перечисленных тел обладают кинетической энергией:

а) камень, поднятый над землей;

б) летящий самолет;

в) растянутая пружина;

г) летящий воздушный шарик?

5. Какие из перечисленных тел обладают потенциальной энергией:

а) катящийся по земле шар;

б) лук с натянутой тетивой;

в) сжатый в баллоне газ;

г) кабинка колеса обозрения.

6. Стальной шарик, летящий горизонтально, упруго ударяется о стальной брусок, подвешенный на нити. Укажите все правильные утверждения.

а) Механическая энергия системы “шарик и брусок” при взаимодействии не изменяется;

б) Импульс системы “шарик и брусок” при взаимодействии не изменяется.

в) Импульс шарика при взаимодействии изменяется.

7. Из окна мальчик бросил горизонтально мячик. Считая, что сопротивлением воздуха можно пренебречь, укажите все правильные утверждения.

а) сумма потенциальной и кинетической энергии во время движения мячика остается неизменной;

б) импульс мячика при падении увеличивается по модулю;

в) кинетическая энергия мячика при падении увеличивается.

Вариант № 2

1. Стальной шарик, летящий горизонтально, упруго ударяется о стальной брусок, подвешенный на нити. Укажите все правильные утверждения.

а) Механическая энергия системы “шарик и брусок” при взаимодействии не изменяется,

б) Импульс системы “шарик и брусок” при взаимодействии не изменяется.

в) Импульс шарика при взаимодействии изменяется. 

2. При падении тела с высоты 2 м сила тяжести совершила работу в 12 Дж. Чему равна масса тела?

а) 6 кг б) 0,6 кг в) 24 кг г) 12 кг,

3. Какие из перечисленных тел обладают кинетической энергией:

а) камень, поднятый над землей;

б) летящий самолет;

в) растянутая пружина;

г) летящий воздушный шарик?

4. Процесс работы — это…

а) любой процесс превращения энергии;

б) процесс превращения энергии, не связанный с движением тел;

в) процесс превращения энергии при действии сил на движущееся тело;

г) среди ответов нет «верного».

5. Какие из перечисленных тел обладают потенциальной энергией:

а) катящийся по земле шар;

б) лук с натянутой тетивой;

в) сжатый в баллоне газ;

г) кабинка колеса обозрения.

6. При торможении тело изменило свою скорость с 20 м/с до 5м/с. При этом сила трения совершила работу в 188 Дж. Чему равна масса тела?

а) 15 кг б) 376 кг в) 1 кг г) 25 кг.

7. Из окна мальчик бросил горизонтально мячик. Считая, что сопротивлением воздуха можно пренебречь, укажите все правильные утверждения.

а) сумма потенциальной и кинетической энергии во время движения мячика остается неизменной.

б) импульс мячика при падении увеличивается по модулю.

в) кинетическая энергия мячика при падении увеличивается.

Ответы | Лаб. 12. Проверка закона сохранения механической энергии — Физика, 9 класс

4. Измерьте линейкой абсолютную деформацию пружины $x$ при значении модуля силы упругости $2$ Н и высоту $h$, Измерения повторите три раза. Результаты измерений занесите в таблицу.

5. Определите средние значения $\langle m\rangle, \langle h\rangle, \langle l\rangle, \langle x\rangle$.

$\langle m\rangle=\frac{0.0102+0.0102+0.0102}{3}=0.0102$ кг;

$\langle h\rangle=\frac{0.328+0.328+0.328}{3}=0.328$ м;

$\langle l\rangle=\frac{0.36+0.375+0.378+0.22+0.38}{5}=0.343$ м;

$\langle l\rangle=\frac{0.045+0.045+0.045}{3}=0.045$ м.

6. Подставьте $\langle m\rangle, \langle h\rangle, \langle l\rangle, \langle x\rangle$ в формулу (7) и проверьте выполнение закона сохранения энергии. 2g}{2h}=\frac{0.0102·0.343·10}{2·0.328}\approx0.02.$

8. Ответьте письменно на контрольные вопросы

1. Какую энергией называют механической?

Называют энергию, равную сумме кинетической и потенциальной энергии тела.

2. При каких условиях выполняется закон сохранения механической энергии?

Закон сохранения механической энергии выполнятся, если работа или трение (сопротивление) равны нулю.

3. Чем можно объяснить только приближенное равенство потенциальной энергии пружины и кинетической энергии шара?

Приближенное равенство является следствием трения и сопротивлений, а также погрешности.

Выводы: чем с большей высоты скатывается шар, тем большую скорость он приобретает за счёт приобретённой потенциальной энергии и, соответственно, увеличивается дальность полёта шарика.

9. Суперзадание

Какую пружину (с большей или меньшей жёсткостью) лучше использовать в работе для более точного выполнения закона сохранения механической энергии? Почему?

Лучше использовать пружину меньшей жёсткости, т. к. такая пружина будет легче растягиваться, относительная деформация материала будет меньше (меньше отклонение от реальных упругих свойств пружины), что уменьшит погрешности в измерениях. Если использовать пружину с большей жёсткостью, возможны отклонения от линейного закона Гука при больших нагрузках на пружину.

ГДЗ по физике за 9 класс Кикоин

Назад к оглавлению

Лабораторная работа № 7 «Изучение закона сохранения механической энергии».

Цель работы: сравнить две величины—уменьшение потенциальной энергии прикрепленного к пружине тела при его падении и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины.

Средства измерения:

1) динамометр, жесткость пружины которого равна 40 Н/м; 2) линейка

измерительная; 3) груз из набора по механике; масса груза равна (0,100 ±0,002) кг.

Материалы: 1) фиксатор;

2) штатив с муфтой и лапкой.

Для работы используется установка, показанная на рисунке 180. Она представляет собой укрепленный на штативе динамометр с фиксатором 1.

Пружина динамометра заканчивается проволочным стержнем с крючком. Фиксатор (в увеличенном масштабе он показан отдельно — помечен цифрой 2) — это легкая пластинка из пробки (размерами 5 Х 7 X 1,5 мм), прорезанная ножом до ее центра. Ее насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с небольшим трением, но трение все же должно быть достаточным, чтобы фиксатор сам по себе не падал вниз. В этом нужно убедиться перед началом работы. Для этого фиксатор устанавливают у нижнего края шкалы на ограничительной скобе. Затем растягивают и отпускают.

Фиксатор вместе с проволочным стержнем должен подняться вверх, отмечая этим максимальное удлинение пружины, равное расстоянию от упора до фиксатора.

Если поднять груз, висящий на крючке динамометра, так, чтобы пружина не была растянута, то потенциальная энергия груза по отношению, например, к поверхности стола равна mgH. При падении груза (опускание на расстояние x = h) потенциальная энергия груза уменьшится на

а энергия пружины при ее деформации увеличивается на

Порядок выполнения работы

1. Груз из набора по механике прочно укрепите на крючке динамометра.

2. Поднимите рукой груз, разгружая пружину, и установите фиксатор внизу у скобы.

3. Отпустите груз. Падая, груз растянет пружину. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение х пружины.

4. Повторите опыт пять раз.

5. Подсчитайте

и

6. Результаты занесите в таблицу:

7. Сравните отношение

с единицей и сделайте вывод о погрешности, с которой был проверен закон сохранения энергии.

Закон сохранения механической энергии. Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих силами тяготения или силами упругости, остается неизменной при любых движениях тел системы

Рассмотрим такое тело (в нашем случае рычаг). На него действуют две силы: вес грузов P и сила F (упругости пружины динамометра), чтобы рычаг находился в равновесии и моменты этих сил должны быть равны по модулю меду собой. Абсолютные значения моментов сил F и P определим соответственно:

Рассмотрим груз, прикрепленный к упругой пружине таким образом, как показано на рисунке. Вначале удерживаем тело в положении 1, пружина не натянута и сила упругости, действующая на тело равна нулю. Затем отпускаем тело и оно падает под действием силы тяжести до положения 2, в котором сила тяжести полностью компенсируется силой упругости пружины при удлинении ее на h (тело покоится в этот момент времени).

Рассмотрим изменение потенциальной энергии системы при переходе тела из положения 1 в положение 2. При переходе из положения 1 в положение 2 потенциальная энергия тела уменьшается на величину mgh, а потенциальная энергия пружины возрастает на величину

Целью работы является сравнение этих двух величин. Средства измерения: динамометр с известной заранее жесткостью пружины 40 Н/м, линейка, груз из набора по механике.

Выполнение работы:

№ опыта

1 0,054
2 0,052
3 0,048 0,051 0,050 0,052 0,96
4 0,050
5 0,052

Вычисления:

Оценим погрешности:

Отношение потенциальных энергий запишем как:

откуда видно, что полученное отклонение от единицы лежит в пределах погрешности измерений.

Назад к оглавлению

Шаблоны Инстаграм БЕСПЛАТНО

Хотите получить БЕСПЛАТНЫЙ набор шаблонов для красивого Инстаграма?

Напишите моему чат-помощнику в Telegram ниже 👇

Вы получите: 🎭 Бесплатные шаблоны «Bezh», «Akvarel», «Gold»

Telegram Viber Vkontakte

или пишите «Хочу бесплатные шаблоны» в директ Инстаграм @shablonoved. ru

Шаблоны Инстаграм БЕСПЛАТНО

Хотите получить БЕСПЛАТНЫЙ набор шаблонов для красивого Инстаграма?

Напишите моему чат-помощнику в Telegram ниже 👇

Вы получите: 🎭 Бесплатные шаблоны «Bezh», «Akvarel», «Gold»

Telegram Viber Vkontakte

или пишите «Хочу бесплатные шаблоны» в директ Инстаграм @shablonoved.ru

Урок 13. Лабораторная работа № 03. Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости.

Лабораторная работа № 3

Тема: «Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости»

Цель: 1) научиться измерять потенциальную энергию поднятого над землей тела и упруго деформированной пружины;

            2) сравнить две величины—уменьшение потенциальной энергии прикрепленного к пружине тела при его падении и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины.

Приборы и материалы: 1) динамометр, жесткость пружины которого равна 40 Н/м; 2) линейка измерительная; 3) груз из набора по механике; масса груза равна (0,100 ±0,002) кг; 4) фиксатор; 5) штатив с муфтой и лапкой.

Основные сведения.

Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией.

Механическая энергия тела – это скалярная величина, равная максимальной работе, которая может быть совершена в данных условиях.

Обозначается  Е Единица энергии в СИ  [1Дж = 1Н*м]

Кинетическая энергия – это энергия тела, обусловленная его движением.

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела:

Кинетическая энергия – это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью  равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость:

Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятие потенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

Потенциальная энергия – энергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела. 

Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести (потенциальная энергия тела, поднятого над землёй).

Epmgh

Она равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень.

Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Потенциальной энергией пружины (или любого упруго деформированного тела) называют величину

, где k – жесткость пружины, х — абсолютное удлинение тела.

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией.

Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только силами тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

A = –(Ep2 – Ep1).

По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел:

A = Ek2 – Ek1

Следовательно   Ek2 – Ek1 = –(Ep2 – Ep1)      или        Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона.

Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией.

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаимные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию, и наоборот, или переход энергии от одного тела к другому.

Е = Ек + Еp = const 

Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.

Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

Описание установки.

Для работы используется установка, показанная на рисунке. Она представляет собой укрепленный на штативе динамометр с фиксатором 1.

Пружина динамометра заканчивается проволочным стержнем с крючком. Фиксатор (в увеличенном масштабе он показан отдельно — помечен цифрой 2) — это легкая пластинка из пробки (размерами 5 Х 7 X 1,5 мм), прорезанная ножом до ее центра. Ее насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с небольшим трением, но трение все же должно быть достаточным, чтобы фиксатор сам по себе не падал вниз. В этом нужно убедиться перед началом работы. Для этого фиксатор устанавливают у нижнего края шкалы на ограничительной скобе. Затем растягивают и отпускают.

Фиксатор вместе с проволочным стержнем должен подняться вверх, отмечая этим максимальное удлинение пружины, равное расстоянию от упора до фиксатора.

Если поднять груз, висящий на крючке динамометра, так, чтобы пружина не была растянута, то потенциальная энергия груза по отношению, например, к поверхности стола равна mgh. При падении груза (опускание на расстояние x = h) потенциальная энергия груза уменьшится на

Е1=mgh

а энергия пружины при ее деформации увеличивается на

Е2=kx2/2

Порядок выполнения работы

1. Груз из набора по механике прочно укрепите на крючке динамометра.

2. Поднимите рукой груз, разгружая пружину, и установите фиксатор внизу у скобы.

3. Отпустите груз. Падая, груз растянет пружину. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение х пружины.

4. Повторите опыт пять раз. Найдите среднее значение h и х

5. Подсчитайте Е1ср=mgh и  Е2ср=kx2/2

6. Результаты занесите в таблицу:

№ опыта

h=хmax,
м

hсрср,
м

Е1ср,
Дж

Е2ср,
Дж

Е1ср/ Е2ср

1

         

2

 

3

 

4

 

5

 

7. Сравните отношение Е1ср/ Е2ср с единицей и сделайте вывод о погрешности, с которой был проверен закон сохранения энергии.

8. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1.Раскройте понятие механической энергии?

2.Какая энергия называется кинетической? По какой формуле она находится?

3.Какая энергия называется потенциальной? По какой формуле она находится?

4. Что называется полной механической энергией?

5.Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

6. Как связано изменение потенциальной энергии падающего груза с изменением энергии
пружины, растянутой при его падении?

Вариант выполнения измерений.

1. Определяем максимальное удлинение х пружины и заносим в таблицу:

№ опыта

h=хmax,
м

hсрср,
м

Е1ср,
Дж

Е2ср,
Дж

Е1ср/ Е2ср

1

0,048        

2

0,054

3

0,052

4

0,050

5

0,052

2. Выполняем расчеты по методичке.

Я18. Лабораторная работа № 3. Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости

Лабораторная работа № 3

   Тема: «Сохранение механической энергии при движении тела под действием сил тяжести и упругости»

   Цель: сравнить две величины—уменьшение потенциальной энергии прикрепленного к пружине тела при его падении и увеличение потенциальной энергии растянутой пружины.

   Приборы и материалы: 1) динамометр, жесткость пружины которого равна 40 Н/м; 2) линейка измерительная; 3) груз из набора по механике; масса груза равна (0,100 ±0,002) кг; 4) фиксатор; 5) штатив с муфтой и лапкой.

Основные сведения.

   Если тело способно совершить работу, то говорят, что оно обладает энергией.

   Механическая энергия тела – это скалярная величина, равная максимальной работе, которая может быть совершена в данных условиях.

   Обозначается  Е                Единица энергии в СИ  [1Дж = 1Н*м]

   Кинетическая энергия – это энергия тела, обусловленная его движением.

   Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела:

   Кинетическая энергия – это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью  равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость:

   Наряду с кинетической энергией или энергией движения в физике важную роль играет понятие потенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

   Потенциальная энергия энергия тела, обусловленная взаимным расположением взаимодействующих между собой тел или частей одного тела.

   Потенциальная энергия тела в поле силы тяжести (потенциальная энергия тела, поднятого над землёй).

Epmgh

   Она равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень.

    Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, то есть сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Потенциальной энергией пружины (или любого упруго деформированного тела) называют величину

, где k – жесткость пружины, х — абсолютное удлинение тела.

   Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией.

   Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой силами упругости.

   Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только силами тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

A = –(Ep2 – Ep1).

   По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел:

A = Ek2 – Ek1

   Следовательно   Ek2 – Ek1 = –(Ep2 – Ep1)      или        Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.

   Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой силами тяготения и силами упругости, остается неизменной.

   Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона.

   Сумму E = Ek + Ep называют полной механической энергией.

   Полная механическая энергия замкнутой системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаимные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию, и наоборот, или переход энергии от одного тела к другому.

Е = Ек + Еp = const

   Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

   В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.

   Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

   Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

 Описание установки.

   Для работы используется установка, показанная на рисунке. Она представляет собой укрепленный на штативе динамометр с фиксатором 1.

   Пружина динамометра заканчивается проволочным стержнем с крючком. Фиксатор (в увеличенном масштабе он показан отдельно — помечен цифрой 2) — это легкая пластинка из пробки (размерами 5 Х 7 X 1,5 мм), прорезанная ножом до ее центра. Ее насаживают на проволочный стержень динамометра. Фиксатор должен перемещаться вдоль стержня с небольшим трением, но трение все же должно быть достаточным, чтобы фиксатор сам по себе не падал вниз. В этом нужно убедиться перед началом работы. Для этого фиксатор устанавливают у нижнего края шкалы на ограничительной скобе. Затем растягивают и отпускают.

   Фиксатор вместе с проволочным стержнем должен подняться вверх, отмечая этим максимальное удлинение пружины, равное расстоянию от упора до фиксатора.

   Если поднять груз, висящий на крючке динамометра, так, чтобы пружина не была растянута, то потенциальная энергия груза по отношению, например, к поверхности стола равна mgh. При падении груза (опускание на расстояние x = h) потенциальная энергия груза уменьшится на

 Е1=mgh

а энергия пружины при ее деформации увеличивается на

 Е2=kx2/2

Порядок выполнения работы

1. Груз из набора по механике прочно укрепите на крючке динамометра.

2. Поднимите рукой груз, разгружая пружину, и установите фиксатор внизу у скобы.

3. Отпустите груз. Падая, груз растянет пружину. Снимите груз и по положению фиксатора измерьте линейкой максимальное удлинение х пружины.

4. Повторите опыт пять раз. Найдите среднее значение h и х

5. Подсчитайте Е1ср=mgh  и  Е2ср=kx2/2  

6. Результаты занесите в таблицу:

№ опыта

h=хmax,
м

hсрср,
м

Е1ср,
Дж

Е2ср,
Дж

Е1ср/ Е2ср

1

         

2

 

3

 

4

 

5

 

 7. Сравните отношение Е1ср/ Е2ср с единицей и сделайте вывод о погрешности, с которой был проверен закон сохранения энергии.

8. Ответьте на контрольные вопросы.

Контрольные вопросы.

1.Раскройте понятие механической энергии?

2.Какая энергия называется кинетической? По какой формуле она находится?

3.Какая энергия называется потенциальной? По какой формуле она находится?

4.Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

5.Каковы границы применения закона сохранения механической энергии?

Закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии гласит, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена — только преобразована из одной формы энергии в другую. Это означает, что система всегда имеет одинаковое количество энергии, если она не добавляется извне. Это особенно сбивает с толку в случае неконсервативных сил, когда энергия преобразуется из механической энергии в тепловую, но общая энергия остается неизменной. Единственный способ использовать энергию — это преобразовывать энергию из одной формы в другую.

Таким образом, количество энергии в любой системе определяется по следующему уравнению:

[математика] U_ {T} = U_ {i} + W + Q [/ математика]

  • [math] U_T [/ math] — это полная внутренняя энергия системы.
  • [math] U_i [/ ​​math] — начальная внутренняя энергия системы.
  • [математика] W [/ математика] — это работа, выполняемая системой или в ней.
  • [math] Q [/ math] — тепло, добавляемое к системе или удаляемое из нее.

Также можно определить изменение внутренней энергии системы с помощью уравнения: [математика] \ Дельта U = W + Q [/ математика]

Это также утверждение первого закона термодинамики.

Хотя эти уравнения чрезвычайно эффективны, они могут затруднить понимание силы утверждения. Вывод состоит в том, что энергию нельзя создать из ничего. Общество должно откуда-то получать энергию, хотя есть много скрытых мест, откуда можно получить ее (некоторые источники являются первичным топливом, а некоторые источники — потоками первичной энергии).

В начале 20 -го -го века Эйнштейн понял, что даже масса является формой энергии (это называется эквивалентностью массы и энергии).8 м / с [/ математика].

Для дальнейшего чтения

Чтобы узнать больше о физике закона сохранения энергии, см. Раздел «Гиперфизика», а о том, как это связано с химией, см. Вики-страницу UC Davis по химии.

закон сохранения энергии примеры

Согласно закону сохранения энергии: «Энергия не может быть ни создана, ни разрушена. Его можно только трансформировать из одной формы в другую. Потеря одной формы энергии сопровождается таким же увеличением других форм энергии.Потирая руки, мы совершаем механическую работу, в результате которой выделяется тепло, то есть это закон сохранения энергии.
Механическая энергия = Тепловая энергия + потери
Объяснение
Кинетическая и потенциальная энергии — это разные формы одной и той же основной величины, механической энергии. Полная механическая энергия тела складывается из кинетической энергии и потенциальной энергии. В нашем предыдущем обсуждении падающего тела потенциальная энергия может превращаться в кинетическую энергию, а потенциальная энергия — в кинетическую, но общая энергия остается постоянной.Математически это выражается как:

Общая энергия = P.E + K.E = Константа

Это один из фундаментальных законов физики. Мы ежедневно наблюдаем множество превращений энергии из одной формы в другую. Некоторые формы, такие как электрическая и химическая энергия, передаются легче, чем другие, например тепло. В конечном итоге вся передача энергии приводит к нагреванию окружающей среды и растрате энергии. Например, P.E падающего объекта меняется на K.E, но при ударе о землю K.E превращается в тепло и звук. Если при передаче энергии кажется, что некоторые из них исчезли, потерянная энергия часто превращается в тепло. Похоже, это судьба всех доступных энергий и одна из причин, по которой необходимо разработать новые источники полезной энергии.
Согласно соотношению масса-энергия Эйнштейна:
E = m c², энергия может быть преобразована в массу, а масса может быть преобразована в энергию. Производство пар — это пример преобразования энергии в массу.
С другой стороны, ядерное деление и ядерный синтез являются примерами преобразования массы в энергию.

Формула сохранения энергии

Полная энергия = кинетическая энергия + потенциальная энергия

уравнение сохранения энергии

Рассмотрим тело массой «m», помещенное в точку «p», которая находится на высоте «h» от земли.
PE тела в точке A = mgh
KE тела в точке A = 0
Полная энергия тела в точке P = KE + PE = 0 + mgh
Полная энергия при P = mgh ………… (1 )
Если телу позволено свободно падать под действием силы тяжести, его потенциальная энергия будет продолжать уменьшаться, а кинетическая энергия — увеличиваться.
Непосредственно перед ударом о землю потенциальная энергия тела будет минимальной или нулевой, в то время как КЭ тела будет максимальным. Если «v» — это скорость тела непосредственно перед ударом о землю, то КЭ тела = ½ мв².


Полная энергия при Q = KE + PE
= mgx + mgh — mgx
Полная энергия при Q = mgh ———— (3)

Из уравнений (1), (2) и (3) это может быть Видно, что полная энергия тела остается постоянной везде, при условии, что во время движения тела отсутствует сила трения.
Если на тело действует некоторая сила трения, то трение P.E теряется при выполнении работы против силы трения. Таким образом:
Полная энергия = K.E + P.E + Потеря энергии или работа выполняется против силы трения.

Закон сохранения энергии, пример

  • Когда мы включаем электрическую лампочку, мы подаем на нее электрическую энергию, которая преобразуется в тепловую и световую энергию.

Электрическая энергия = Тепловая энергия + Световая энергия

  • Ископаемое топливо e.г угля и бензина являются запасами химической энергии. Когда они горят, химическая энергия преобразуется в тепловую, т. е.

Химическая энергия = Тепловая энергия + потери

  • Тепловая энергия, присутствующая в паровом котле, может быть использована для создания паровой машины. Здесь тепловая энергия преобразуется в кинетическую (механическую энергию), т.е.

Тепловая энергия = Механическая энергия + потери

На нашем веб-сайте есть следующие темы:

Возможно ли нарушение закона сохранения энергии?

Каждый, кто изучал науку в качестве предмета в средней школе, должен был слышать о термине «Закон сохранения энергии.По сути, он говорит вам, что энергия не может быть создана или уничтожена; его можно только перенести из одной формы в другую.

Это определение так хорошо вписывается в нашу повседневную жизнь, когда вы смотрите на вещи через ту же линзу. Возьмем, к примеру, вашу бензиновую машину.

Химическая энергия бензина при сгорании преобразуется в тепловую, а затем в механическую.

Возьмем случай падения камня с высоты, от потенциальной энергии к кинетической энергии.

СВЯЗАННЫЕ С: 6 ВЕЛИКИХ НЕРАЗВЕДЕННЫХ ТАЙН ВСЕЛЕННОЙ

То же самое определение применимо и к массе, поскольку масса не может ни создаваться, ни разрушаться, она может быть только преобразована из одной формы в другую. Этот закон известен как Закон сохранения массы.

Эйнштейн ввел эти два закона и дал нам знаменитый Закон сохранения массы-энергии, в котором было собрано знаковое уравнение — E = mc 2 (Energy Mass Equivalence ).

Но можно ли с уверенностью сказать, что Закон сохранения энергии абсолютен? Что, если можно создать энергию?

Учитывая рост числа аргументов, давайте рассмотрим наиболее популярные аргументы против закона сохранения энергии.

Если энергия не может быть создана, что питает расширение Вселенной? Вселенная расширяется с очень высокой скоростью, и, по оценкам исследователей, ее приблизительное значение составляет 68 километров в секунду на мегапарсек.

В переводе, Вселенная расширяется быстрее скорости света.

И поразительный аспект этого расширения заключается в том, что оно ускоряется. Итак, с каждой секундой Вселенная расширяется быстрее, чем за секунду до этого!

Исследователи называют энергию этого расширения «Темной энергией».Но откуда берется эта темная энергия? Это уже было?

Некоторые исследователи утверждали, что расширяющаяся Вселенная питается потенциальной гравитационной энергией внутри нее. По мере расширения Вселенной галактики удаляются все дальше и дальше.

Это уменьшает гравитационную энергию между ними. Эта гравитационная энергия используется Вселенной для расширения.

Кроме того, по мере того, как Вселенная расширяется, она становится все холоднее и холоднее. Новые звезды не так популярны, как их предшественники, и мы наблюдаем эту тенденцию по всему космосу.

Итак, да, когда мы смотрим на Вселенную как на закрытую систему, она подчиняется закону сохранения энергии.

У Эйнштейна и квантовой физики были очень грубые отношения, поскольку многие из физических принципов, которые, как мы знаем, работают в реальном мире, не действуют одинаково в квантовом мире.

Когда электроны возбуждены, они могут прыгать на более высокие уровни. Нильс Бор, Ганс Крамерс и Джон Слейтер предположили, что эти электроны на мгновение нарушили закон сохранения энергии.

Они заявили, что при каждом скачке энергия либо создается, либо уничтожается электронами в течение всего процесса. Однако было снова исключено, что это не так, поскольку полная энергия электрона до или после возбуждения осталась прежней.

По сути, закон сохранения энергии при этом никак не нарушался.

Третья тема не похожа на две, которые мы обсуждали выше. В предыдущих случаях считалось, что закон сохранения энергии неприменим, но это оказалось неверным.

Однако, когда мы обсуждаем космологическую постоянную, все остается в неведении!