--> Ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ. Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ
ìîé ÞÒÓÁ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!
ìîé ÒÅËÅÃÐÀÌ êàíàë ïðèêîëüíûõ ÌÓËÜÒÈÊÎÂ!

 


Ñîäåðæàíèå

 

Ãëàâíàÿ >> Ôèçèêà 10 êëàññ. Ìÿêèøåâ

Ãëàâà 5. Çàêîí ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè

 


§ 44. Ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ

    Âñïîìíèòå, êàêàÿ ñâÿçü ñóùåñòâóåò ìåæäó ðàáîòîé ñèëû òÿæåñòè è ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèåé.

    Ïî÷åìó ðàáîòà ñèëû óïðóãîñòè îïðåäåëÿåòñÿ å¸ ñðåäíèì çíà÷åíèåì?

Ñîãëàñíî òåîðåìå îá èçìåíåíèè êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ðàáîòà ñèëû, äåéñòâóþùåé íà òåëî, ðàâíà èçìåíåíèþ åãî êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè:

Ñîãëàñíî òåîðåìå îá èçìåíåíèè êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ðàáîòà ñèëû, äåéñòâóþùåé íà òåëî, ðàâíà èçìåíåíèþ åãî êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè

Åñëè æå ñèëû âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó òåëàìè ÿâëÿþòñÿ êîíñåðâàòèâíûìè, òî, èñïîëüçóÿ ÿâíûå âûðàæåíèÿ äëÿ ñèë, ìû ïîêàçàëè (ñì. § 43), ÷òî ðàáîòó òàêèõ ñèë ìîæíî òàêæå ïðåäñòàâèòü â âèäå ðàçíîñòè äâóõ çíà÷åíèé íåêîòîðîé âåëè÷èíû, çàâèñÿùåé îò âçàèìíîãî ðàñïîëîæåíèÿ òåë (èëè ÷àñòåé îäíîãî òåëà):

ñèëû âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó òåëàìè ÿâëÿþòñÿ êîíñåðâàòèâíûìè

Çäåñü âûñîòû h1 è h2 îïðåäåëÿþò âçàèìíîå ðàñïîëîæåíèå òåëà è ïîâåðõíîñòè Çåìëè, à óäëèíåíèÿ õ1 è õ2 — âçàèìíîå ðàñïîëîæåíèå ÷àñòåé òåëà, íàïðèìåð âèòêîâ äåôîðìèðîâàííîé ïðóæèíû.

Èç ôîðìóë (5.18) è (5.19) ñëåäóåò, ÷òî

âçàèìíîå ðàñïîëîæåíèå ÷àñòåé òåëà, íàïðèìåð âèòêîâ äåôîðìèðîâàííîé ïðóæèíû

Çàïîìíè
Âåëè÷èíó, ðàâíóþ ïðîèçâåäåíèþ ìàññû m òåëà íà óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ g è íà âûñîòó h òåëà íàä ïîâåðõíîñòüþ Çåìëè, íàçûâàþò ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèåé òåëà â ïîëå ñèëû òÿæåñòè è îáîçíà÷àþò Åï:

Åï = mgh.                     (5.20)

Çàïîìíè
Âåëè÷èíó, ðàâíóþ ïîëîâèíå ïðîèçâåäåíèÿ êîýôôèöèåíòà óïðóãîñòè k òåëà íà êâàäðàò óäëèíåíèÿ èëè ñæàòèÿ õ, íàçûâàþò ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèåé óïðóãî äåôîðìèðîâàííîãî òåëà:

ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèåé óïðóãî äåôîðìèðîâàííîãî òåëà

Ââåäÿ ïîíÿòèå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè, ìû ïîëó÷àåì âîçìîæíîñòü âûðàçèòü ðàáîòó ëþáûõ êîíñåðâàòèâíûõ ñèë ÷åðåç èçìåíåíèå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè. Ïîä èçìåíåíèåì âåëè÷èíû ïîíèìàþò ðàçíîñòü ìåæäó å¸ êîíå÷íûì è íà÷àëüíûì çíà÷åíèÿìè, ïîýòîìó Åï = Åï2 - Åï1.

Ñëåäîâàòåëüíî, îáà óðàâíåíèÿ (5.19) ìîæíî çàïèñàòü òàê:

À = Åï1 — Åï2 = -(Åï2 — Åï1) = -ΔÅï,                     (5.22)

îòêóäà ΔÅï = -À.

Âàæíî
Èçìåíåíèå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè òåëà ðàâíî ðàáîòå êîíñåðâàòèâíîé ñèëû, âçÿòîé ñ îáðàòíûì çíàêîì.

Íàïðèìåð, ïðè ïàäåíèè êàìíÿ íà Çåìëþ åãî ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ óáûâàåò (ΔÅï < 0), íî ñèëà òÿæåñòè ñîâåðøàåò ïîëîæèòåëüíóþ ðàáîòó (À > 0). Ñëåäîâàòåëüíî, À è ΔÅï èìåþò ïðîòèâîïîëîæíûå çíàêè â ñîîòâåòñòâèè ñ ôîðìóëîé (5.22).

Íóëåâîé óðîâåíü ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè. Ñîãëàñíî óðàâíåíèþ (5.22) ðàáîòà êîíñåðâàòèâíûõ ñèë îïðåäåëÿåò íå ñàìó ïîòåíöèàëüíóþ ýíåðãèþ, à å¸ èçìåíåíèå.

Ïîñêîëüêó ðàáîòà îïðåäåëÿåò ëèøü èçìåíåíèå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè, òî òîëüêî èçìåíåíèå ýíåðãèè â ìåõàíèêå èìååò ôèçè÷åñêèé ñìûñë. Ïîýòîìó

Âàæíî
ìîæíî ïðîèçâîëüíî âûáðàòü ñîñòîÿíèå ñèñòåìû, â êîòîðîì å¸ ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ ñ÷èòàåòñÿ ðàâíîé íóëþ. Ýòîìó ñîñòîÿíèþ ñîîòâåòñòâóåò íóëåâîé óðîâåíü îòñ÷¸òà ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè.

Ïðèâåäèòå ïðèìåðû âûáîðà íóëåâîãî óðîâíÿ îòñ÷¸òà ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè, îòíîñèòåëüíî êîòîðîãî ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ òåëà áóäåò èìåòü îòðèöàòåëüíûå çíà÷åíèÿ.

Íè îäíî ÿâëåíèå â ïðèðîäå èëè òåõíèêå íå îïðåäåëÿåòñÿ çíà÷åíèåì ñàìîé ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè. Âàæíà ëèøü ðàçíîñòü çíà÷åíèé ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè â êîíå÷íîì è íà÷àëüíîì ñîñòîÿíèÿõ ñèñòåìû òåë.

Âûáîð íóëåâîãî óðîâíÿ ïðîèçâîäèòñÿ ïî-ðàçíîìó è äèêòóåòñÿ óñëîâèÿìè äàííîé çàäà÷è. Îáû÷íî â êà÷åñòâå ñîñòîÿíèÿ ñ íóëåâîé ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèåé âûáèðàþò ñîñòîÿíèå ñèñòåìû ñ ìèíèìàëüíûì çíà÷åíèåì ýíåðãèè. Òîãäà ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ âñåãäà ïîëîæèòåëüíà èëè ðàâíà íóëþ.

Èòàê, ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ ñèñòåìû «òåëî — Çåìëÿ» — âåëè÷èíà, çàâèñÿùàÿ îò ïîëîæåíèÿ òåëà îòíîñèòåëüíî Çåìëè, ðàâíàÿ ðàáîòå êîíñåðâàòèâíîé ñèëû ïðè ïåðåìåùåíèè òåëà èç òî÷êè, ãäå îíî íàõîäèòñÿ, â òî÷êó, ñîîòâåòñòâóþùóþ íóëåâîìó óðîâíþ ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè ñèñòåìû.

Ó ïðóæèíû ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ ìèíèìàëüíà â îòñóòñòâèå äåôîðìàöèè, à ó ñèñòåìû «êàìåíü — Çåìëÿ» — êîãäà êàìåíü ëåæèò íà ïîâåðõíîñòè Çåìëè. Ïîýòîìó â ïåðâîì ñëó÷àå à âî âòîðîì ñëó÷àå Åï = mgh.

Íî ê äàííûì âûðàæåíèÿì ìîæíî äîáàâèòü ëþáóþ ïîñòîÿííóþ âåëè÷èíó Ñ. Ïðè ýòîì èçìåíåíèå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè, îïðåäåëÿåìîå ðàáîòîé êîíñåðâàòèâíîé ñèëû, îñòàíåòñÿ ïðåæíèì.

Îáñóäèòå ñ òîâàðèùåì, êàê èçìåíèòñÿ ïîëîæåíèå íóëåâîãî óðîâíÿ ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè, åñëè ñ÷èòàòü Ñ = mgh0.

Âàæíî
Èçîëèðîâàííàÿ ñèñòåìà òåë ñòðåìèòñÿ ê ñîñòîÿíèþ, â êîòîðîì å¸ ïîòåíöèàïüíàÿ ýíåðãèÿ ìèíèìàëüíà.

Åñëè íå óäåðæèâàòü òåëî, òî îíî ïàäàåò íà çåìëþ (h = 0); åñëè îòïóñòèòü ðàñòÿíóòóþ èëè ñæàòóþ ïðóæèíó, òî îíà âåðí¸òñÿ â íåäåôîðìèðîâàííîå ñîñòîÿíèå (õ = 0).

Âîïðîñû ê ïàðàãðàôó

    1.  ÷¸ì ñîñòîèò ñõîäñòâî êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè òåëà ñ ïîòåíöèàëüíîé?

    2.  ÷¸ì ñîñòîèò ðàçëè÷èå ìåæäó êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèåé è ïîòåíöèàëüíîé?

    3. Ìîæåò ëè ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ áûòü îòðèöàòåëüíîé?

Îáðàçöû çàäàíèé ÅÃÝ

À1. Ëåãêîâîé àâòîìîáèëü è àâòîêðàí äâèæóòñÿ ïî ìîñòó, ïðè÷¸ì ìàññà àâòîêðàíà 4500 êã. ×åìó ðàâíà ìàññà ëåãêîâîãî àâòîìîáèëÿ, åñëè îòíîøåíèå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè àâòîêðàíà è ëåãêîâîãî àâòîìîáèëÿ îòíîñèòåëüíî óðîâíÿ âîäû ðàâíî 3?

1) 500 êã       2) 1000 êã       3) 1500 êã       4) 3400 êã

À2. Íà ðèñóíêå ïðåäñòàâëåíà òðàåêòîðèÿ äâèæåíèÿ òåëà, áðîøåííîãî ïîä óãëîì ê ãîðèçîíòó.  êàêîé èç ÷åòûð¸õ òî÷åê, îòìå÷åííûõ íà òðàåêòîðèè, ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ èìååò ìèíèìàëüíîå çíà÷åíèå?

1) 1       2) 2       3) 3       4) 4

À3. Ìàòåìàòè÷åñêèé ìàÿòíèê êîëåáëåòñÿ ìåæäó òî÷êàìè À è Ñ ñ ïåðèîäîì Ò.  íà÷àëüíûé ìîìåíò âðåìåíè ìàÿòíèê íàõîäèòñÿ â òî÷êå À (ñì. ðèñ.). ×åðåç êàêîé ïðîìåæóòîê âðåìåíè åãî ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ â ïåðâûé ðàç äîñòèãíåò ìèíèìàëüíîãî çíà÷åíèÿ? Ñîïðîòèâëåíèå âîçäóõà íå ó÷èòûâàéòå,

À4. Ïðè óäëèíåíèè íà 2 ñì ñòàëüíàÿ ïðóæèíà èìååò ïîòåíöèàëüíóþ ýíåðãèþ óïðóãîé äåôîðìàöèè 4 Äæ. Êàê èçìåíèòñÿ ïîòåíöèàëüíàÿ ýíåðãèÿ ýòîé ïðóæèíû ïðè óìåíüøåíèè óäëèíåíèÿ íà 1 ñì?

1) óìåíüøèòñÿ íà 1 Äæ         3) óìåíüøèòñÿ íà 3 Äæ
2) óìåíüøèòñÿ íà 2 Äæ       4) óìåíüøèòñÿ íà 4 Äæ

À5. Ïðè ðàñòÿæåíèè ïðóæèíû íà 0,1 ì â íåé âîçíèêàåò ñèëà óïðóãîñòè, ðàâíàÿ 2,5 Í. Îïðåäåëèòå ïîòåíöèàëüíóþ ýíåðãèþ ýòîé ïðóæèíû ïðè ðàñòÿæåíèè íà 0,08 ì.

1) 25 Äæ       2) 0,16 Äæ       3) 0,08 Äæ       4) 0,04 Äæ

 

 

Ðåéòèíã@Mail.ru



Ñîäåðæàíèå

!-- Step 2 - Decide on the place where you want to place the video -->
. Âàæíî, ÷òîáû ñêðèïò áûë ïîñëå áëîêà. Íàïðèìåð, ìîæíî ðàçìåñòèòü ïåðåä òåãîì -->