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!

Мы обсуждали, как Вселенная находится в процессе ускоренного расширения и как темная энергия считается топливом для расширения.

Однако знаем ли мы, что такое темная энергия и как она возникла?

Итак, ученые пытались определить величину этой темной энергии двумя способами. Первый метод заключался в ее вычислении с помощью уравнений, а второй метод заключался в непосредственном измерении.

И когда на оценку были представлены два значения, это всех шокировало. Значение, которое можно вычислить с помощью физических уравнений, было на 120 порядков больше, чем измеренное значение.

Это немалая разница, и она была описана как «худшее теоретическое предсказание в истории физики». Измеренное значение было названо космологической постоянной.

Однако фактическое значение космологической постоянной обсуждается из-за малозаметности. различия в фактических числах из-за используемого метода измерения.

Итак, это огромное несоответствие заставило ученых задуматься о причине этого различия. И в результате они пришли к выводу, что где-то, миллионы или миллиарды лет назад, был нарушен закон сохранения энергии.

Это очень рискованное замечание из-за неукоснительного закона сохранения энергии.

Исследователи полагают, что в какой-то момент истории энергия создавалась или уничтожалась без соблюдения закона сохранения энергии.Это могло быть причиной того, что такое изменение значения наблюдалось при использовании двух методов расчета.

Однако мы не можем доказать теорию, поскольку данные, необходимые для такого утверждения, в значительной степени неизвестны.

До сих пор каждый аргумент против Закона Сохранения Энергии был признан ложным в ходе исследований. Последней загадкой, которая вызывает у исследователей головную боль, является темная энергия.

СВЯЗАННЫЕ С: БОЛЬШЕ ТРАНЗИСТОРОВ: КОНЕЦ ЗАКОНА МУРА

И мы не можем опровергнуть или доказать, что закон Сохранения был нарушен. У нас просто недостаточно данных для подтверждения такого утверждения.

Итак, на данный момент Закон Сохранения Энергии все еще не опровергнут, и с каждым утверждением, теряющим свою ценность по мере того, как мы копаем глубже, Закон Сохранения Энергии, несомненно, опроверг бесчисленные претензии к нему.

Закон о сохранении | физика | Britannica

Закон сохранения , также называемый законом сохранения , в физике несколько принципов, которые утверждают, что определенные физические свойства (т.е. измеримые величины) не изменяются с течением времени в изолированной физической системе. В классической физике законы этого типа регулируют энергию, импульс, угловой момент, массу и электрический заряд. В физике элементарных частиц другие законы сохранения применяются к свойствам субатомных частиц, которые инвариантны во время взаимодействий. Важная функция законов сохранения состоит в том, что они позволяют предсказать макроскопическое поведение системы без необходимости рассматривать микроскопические детали протекания физического процесса или химической реакции.

Британская викторина

Викторина "Все о физике"

Кто был первым ученым, проведшим эксперимент по управляемой цепной ядерной реакции? Какая единица измерения для циклов в секунду? Проверьте свою физическую хватку с помощью этой викторины.

Сохранение энергии подразумевает, что энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, хотя ее можно изменить в одной форме (механической, кинетической, химической и т. Д.)) в другой. Таким образом, в изолированной системе сумма всех форм энергии остается постоянной. Например, падающее тело имеет постоянное количество энергии, но форма энергии меняется с потенциальной на кинетическую. Согласно теории относительности энергия и масса эквивалентны. Таким образом, массу покоя тела можно рассматривать как форму потенциальной энергии, часть которой может быть преобразована в другие формы энергии.

Сохранение количества движения выражает тот факт, что движущееся тело или система тел сохраняет свой полный импульс, произведение массы и векторной скорости, если к нему не приложена внешняя сила.В изолированной системе (такой как Вселенная) нет внешних сил, поэтому импульс всегда сохраняется. Поскольку импульс сохраняется, его компоненты в любом направлении также сохраняются. Применение закона сохранения количества движения важно при решении проблем столкновения. Работа ракет демонстрирует сохранение количества движения: увеличенный поступательный импульс ракеты равен импульсу выбрасываемых выхлопных газов, но противоположен по знаку.

Сохранение момента количества движения вращающихся тел аналогично сохранению количества движения.Угловой момент - это векторная величина, сохранение которой выражает закон, согласно которому тело или система, которые вращаются, продолжают вращаться с той же скоростью, если к ним не приложена скручивающая сила, называемая крутящим моментом. Момент количества движения каждой частицы материи состоит из произведения ее массы, расстояния от оси вращения и составляющей скорости, перпендикулярной линии, идущей от оси.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Сохранение массы подразумевает, что материя не может быть ни создана, ни уничтожена - i.е. процессы, которые изменяют физические или химические свойства веществ в изолированной системе (такие как преобразование жидкости в газ), оставляют общую массу неизменной. Строго говоря, масса не сохраняется. Однако, за исключением ядерных реакций, преобразование массы покоя в другие формы массы-энергии настолько мало, что с высокой степенью точности масса покоя может считаться сохраняющейся.

Сохранение заряда означает, что общее количество электрического заряда в системе не меняется со временем.На субатомном уровне заряженные частицы могут быть созданы, но всегда парами с равным положительным и отрицательным зарядом, так что общее количество заряда всегда остается постоянным.

В физике элементарных частиц другие законы сохранения применяются к определенным свойствам ядерных частиц, таким как барионное число, лептонное число и странность. Такие законы применяются в дополнение к законам массы, энергии и импульса, встречающимся в повседневной жизни, и их можно рассматривать как аналог сохранения электрического заряда. См. Также симметрию .

Законы сохранения энергии, импульса и момента количества движения происходят из классической механики. Тем не менее, все остается верным в квантовой механике и релятивистской механике, которые заменили классическую механику как самый фундаментальный из всех законов. В самом глубоком смысле три закона сохранения выражают, соответственно, факты о том, что физика не меняется со временем, смещением в пространстве или вращением в пространстве.

% PDF-1.6 % 25141 0 объект> endobj xref 25141 193 0000000016 00000 н. 0000008498 00000 п. 0000008711 00000 н. 0000008766 00000 н. 0000009024 00000 н. 0000009542 00000 н. 0000009903 00000 н. 0000010203 00000 п. 0000010607 00000 п. 0000011269 00000 п. 0000011372 00000 п. 0000011779 00000 п. 0000012342 00000 п. 0000012904 00000 п. 0000013757 00000 п. 0000016689 00000 п. 0000026784 00000 п. 0000026861 00000 п. 0000026953 00000 п. 0000027047 00000 п. 0000027098 00000 п. 0000027237 00000 п. 0000027288 00000 н. 0000027442 00000 п. 0000027573 00000 п. 0000027624 00000 н. 0000027770 00000 п. 0000027932 00000 н. 0000028036 00000 п. 0000028086 00000 п. 0000028186 00000 п. 0000028339 00000 п. 0000028435 00000 п. 0000028485 00000 п. 0000028587 00000 п. 0000028756 00000 п. 0000028868 00000 п. 0000028918 00000 п. 0000029030 00000 н. 0000029182 00000 п. 0000029289 00000 п. 0000029339 00000 п. 0000029442 00000 п. 0000029563 00000 п. 0000029613 00000 п. 0000029742 00000 п. 0000029792 00000 п. 0000029956 00000 н. 0000030059 00000 п. 0000030109 00000 п. 0000030271 00000 п. 0000030380 00000 п. 0000030430 00000 п. 0000030588 00000 п. 0000030691 00000 п. 0000030741 00000 п. 0000030853 00000 п. 0000031007 00000 п. 0000031122 00000 п. 0000031172 00000 п. 0000031274 00000 п. 0000031425 00000 п. 0000031509 00000 п. 0000031559 00000 п. 0000031702 00000 п. 0000031815 00000 п. 0000031865 00000 п. 0000031970 00000 п. 0000032121 00000 п. 0000032245 00000 п. 0000032295 00000 п. 0000032404 00000 п. 0000032559 00000 п. 0000032663 00000 п. 0000032713 00000 п. 0000032813 00000 п. 0000032968 00000 н. 0000033090 00000 п. 0000033139 00000 п. 0000033239 00000 п. 0000033289 00000 п. 0000033416 00000 п. 0000033465 00000 п. 0000033514 00000 п. 0000033564 00000 п. 0000033678 00000 п. 0000033728 00000 п. 0000033846 00000 п. 0000033896 00000 п. 0000033946 00000 п. 0000033996 00000 п. 0000034110 00000 п. 0000034160 00000 п. 0000034284 00000 п. 0000034334 00000 п. 0000034456 00000 п. 0000034506 00000 п. 0000034630 00000 п. 0000034680 00000 п. 0000034791 00000 п. 0000034841 00000 п. 0000034953 00000 п. 0000035003 00000 п. 0000035053 00000 п. 0000035103 00000 п. 0000035269 00000 п. 0000035362 00000 п. 0000035412 00000 п. 0000035533 00000 п. 0000035583 00000 п. 0000035633 00000 п. 0000035683 00000 п. 0000035733 00000 п. 0000035783 00000 п. 0000035921 00000 п. 0000035971 00000 п. 0000036095 00000 п. 0000036145 00000 п. 0000036195 00000 п. 0000036245 00000 п. 0000036375 00000 п. 0000036425 00000 п. 0000036547 00000 п. 0000036597 00000 п. 0000036711 00000 п. 0000036761 00000 п. 0000036880 00000 п. 0000036930 00000 н. 0000037125 00000 п. 0000037222 00000 п. 0000037272 00000 п. 0000037369 00000 п. 0000037419 00000 п. 0000037533 00000 п. 0000037583 00000 п. 0000037633 00000 п. 0000037683 00000 п. 0000037733 00000 п. 0000037872 00000 п. 0000037922 00000 п. 0000038048 00000 п. 0000038098 00000 п. 0000038206 00000 п. 0000038256 00000 п. 0000038370 00000 п. 0000038420 00000 п. 0000038535 00000 п. 0000038585 00000 п. 0000038740 00000 п. 0000038790 00000 п. 0000038907 00000 п. 0000038957 00000 п. 0000039104 00000 п. 0000039154 00000 п. 0000039204 00000 п. 0000039254 00000 п. 0000039390 00000 п. 0000039440 00000 п. 0000039552 00000 п. 0000039602 00000 п. 0000039760 00000 п. 0000039810 00000 п. 0000039926 00000 н. 0000039976 00000 п. 0000040096 00000 п. 0000040146 00000 п. 0000040271 00000 п. 0000040321 00000 п. 0000040457 00000 п. 0000040507 00000 п. 0000040649 00000 п. 0000040699 00000 п. 0000040749 00000 п. 0000040799 00000 п. 0000040932 00000 п. 0000040982 00000 п. 0000041130 00000 п. 0000041180 00000 п. 0000041326 00000 п. 0000041376 00000 п. 0000041506 00000 п. 0000041556 00000 п. 0000041606 00000 п. 0000041656 00000 п. 0000041706 00000 п. 0000041757 00000 п. 0000041893 00000 п. 0000041943 00000 п. 0000041993 00000 п. 0000042044 00000 п. 0000042095 00000 п. 0000007927 00000 н. 0000004242 00000 п. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 25333 0 obj> поток x [yXl $ $% "" X "jM4 [m (U, hA &, R (`) V_j [dSp) uAоnI0) ̄ $ b? 3w9s.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *