Кратко закон сохранения энергии: Закон сохранения энергии

Содержание

Закон сохранения механической энергии | 7 класс Онлайн

Конспект по физике для 7 класса «Закон сохранения механической энергии». ВЫ УЗНАЕТЕ: Какими источниками энергии издревле пользуется человечество. Что такое возобновляемые и невозобновляемые источники энергии.

Конспекты по физике Учебник физики Тесты по физике

Тела, поднятые над поверхностью Земли, обладают потенциальной энергией, а движущиеся тела кинетической. В повседневной жизни часто можно наблюдать, как потенциальная энергия превращается в кинетическую, а кинетическая — в потенциальную.

ПРЕВРАЩЕНИЕ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ В КИНЕТИЧЕСКУЮ

Например, мячик массой m, поднятый на высоту h над поверхностью Земли, обладает потенциальной энергией. Его кинетическая энергия равна нулю.

Но стоит отпустить мячик, как он начнет падать на Землю. Во время падения высота, на которой находится мячик, уменьшается. Следовательно, потенциальная энергия мячика также уменьшается. При этом скорость тела начинает увеличиваться, следовательно, его кинетическая энергия также увеличивается. В тот момент, когда тело коснётся поверхности Земли, ею потенциальная энергия станет равной нулю, а кинетическая будет максимальной. В этом случае потенциальная энергия тела переходит в ею кинетическую энергию: Е_п → Е_к.

ПРЕВРАЩЕНИЕ КИНЕТИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В ПОТЕНЦИАЛЬНУЮ

Также можно наблюдать превращение кинетической энергии в потенциальную. Если мячик бросить вертикально вверх, то расстояние от поверхности Земли до него будет увеличиваться, следовательно, будет увеличиваться его потенциальная энергия. Скорость мячика при этом будет уменьшаться, и его кинетическая энергия тоже будет уменьшаться. В этом случае кинетическая энергия тела переходит в его потенциальную энергию: Е_к → Е_п.

ПРЕВРАЩЕНИЕ ОДНОГО ВИДА ЭНЕРГИИ В ДРУГОЙ

Во всех описанных примерах при уменьшении потенциальной энергии тела его кинетическая энергия возрастала. И наоборот, при увеличении потенциальной энергии тела его кинетическая энергия уменьшалась.

Превращения одного вида механической энергии в другой можно наблюдать на примере движения маятника. Если шарик маятника оттянуть вправо, он приподнимется на высоту h над своим нижним положением. В этом положении потенциальная энергия шарика будет максимальной.

Если теперь шарик отпустить, то он начнёт двигаться влево вниз, постепенно увеличивая скорость. Следовательно, кинетическая энергия шарика увеличивается и в среднем положении она будет максимальной. Его потенциальная энергия в этом положении будет минимальной. За счет запаса кинетической энергии шарик продолжает двигаться влево, поднимаясь всё выше. Это приводит к возрастанию его потенциальной энергии. Одновременно скорость шарика уменьшается, что приводит к уменьшению кинетической энергии.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Можно выдвинуть гипотезу о том, что при переходе механической энергии из одного вида в другой полная энергия сохраняется. Рассмотрим следующий идеализированный опыт (считая сопротивление воздуха несущественным).

Железный шар радиусом 10 см и массой 32,7 кг находится на вершине Пизанской башни, высота которой составляет приблизительно 56 м. Кинетическая энергия этого шара равна нулю, а его потенциальная энергия Е_п = mgh = 17 946 Дж.

При падении этого шара с башни на него действует сила тяжести, и его скорость каждую секунду увеличивается на 9,8 м/с. Шар достигает поверхности «Земли за время, примерно равное 3,38 с.

Используя формулу а = (ʋ – ʋ₀)/t и учитывая, что ʋ₀ = 0 и а = g, получаем, что ʋ = gt.

Значит, в момент, когда шар достигает поверхности Земли, его скорость ʋ = 33,13 м/с.

Здесь Е_к = mʋ²/2 = 17 946 Дж, а Е_п = 0. Получается, что вся потенциальная энергия шара перешла в его кинетическую энергию.

Из многочисленных наблюдений за превращениями энергии учёные сделали вывод: энергия никогда не исчезает и не возникает из ничего, она только переходит из одного вида в другой и от одного тела к другому. Это утверждение называют законом сохранения энергии.

В научной системе Ломоносова важное место занимают формулировки законов сохранения. Впервые он формулирует его в письме к Леонарду Эйлеру от 5 июля 1748 г. Здесь он пишет: «Но все встречающиеся в природе изменения происходят так, что если к чему-либо нечто прибавилось, то это отнимается у чего-то другого. Так, сколько материи прибавляется к какому либо телу, столько же теряется у другого, сколько часов я затрачиваю на сон, столько же отнимаю от бодрствования и т. д. Так как это всеобщий закон природы, то он распространяем и на правила движения, тело, которое своим толчком возбуждает другое к движению, столько же теряет от своего движения, сколько сообщает другому, им двинутому».

Кроме перехода энергии из одного вида в другой, энергия может переходить от одного тела к другому. Это очень хорошо демонстрируется при столкновении бильярдных шаров.

Вы смотрели Конспект по физике для 7 класса «Закон сохранения механической энергии»: .
Вернуться к Списку конспектов по физике (В оглавление).

Пройти онлайн-тест «»

определение, основные понятия и примеры решений

Содержание:

Кинетическая и потенциальная энергии
Превращение энергии и закон сохранения

Практические эксперименты показывают, что одни физические объекты способны воздействовать на другие физические объекты, совершая при этом работу. Возможность объекта совершить такую работу названа энергией.

Определение 1

Существует две причины, позволяющие говорить о наличии энергии. У объектов, перемещающихся с какой-либо скоростью, есть запас энергии, названной кинетической. Объекты, находящиеся в потенциальном поле каких-либо сил обладают энергией, названной потенциальной.

Пример 1

Движущийся с большой скоростью металлический шарик, попав в стальную пластину произведёт двойной эффект: деформирует пластину и повысит её температуру. Это происходит потому, что изначально шарик обладает кинетической энергией, а в момент столкновения она производит работу, осуществляя деформацию — сдвигая молекулы вещества, а также частично преобразуется в тепловую энергию.

Другой пример — металлический шарик поднятый на высоту h. Он находится в поле силы тяготения и обладает потенциальной энергией. Если его отпустить, то он начнёт падать, набирая скорость, его потенциальная энергия станет превращаться в кинетическую.

В замкнутой механической системе объекты взаимодействуют за счёт сил тяготения и упругости. Для любого объекта находящегося в потенциальном поле верно утверждение: чтобы увеличить потенциальную энергию объекта, необходимо совершить над ним какую-либо работу. А значит работа может быть записана как разность потенциальных энергий с обратным знаком:

$A=-(E_{p2}-E_{p1})$

Можно выразить работу и через кинетическую энергию, в этом случае:

$A=E_{k2}-E_{k1}$

Преобразуя выражения получим:

$ E_{k2}-E_{k1} = -(E_{p2}-E_{p1} $

$ E_{k1}-E_{p1} = E_{k2}-E_{p2} $

Кинетическая и потенциальная энергии

Определение 2

В общем случае объект одновременно может иметь и кинетическую, и потенциальную энергии. Их сумма составляет полную механическую энергию объекта. Она остается неизменной.

Данное утверждение вытекает из законов Ньютона и выражает закон сохранения энергии при рассмотрении механических процессов в замкнутой системе.

Определение 3

Запись $ Е=E_{k}+E_{р} $ определяет полную механическую энергию объекта.

Закон сохранения энергии выполняется в замкнутых механических системах, если при взаимодействии объектов учитываются те силы, для которых уместно применять понятие о потенциальной энергии. {2}_{1}}{l}=F–mg$

Можно сделать вывод, что при наименьшей скорости натяжение по модулю будет примет значение:

F=6mg.

Чтобы целостность нити была сохранена, её прочность должна превышать вычисленную величину.

С помощью закона сохранения энергии, применяя полученные формулы, можно установить взаимосвязь параметров материальной точки (координат и скорости) в разных положениях в пространстве. Причём, не нужно знать характер движения объекта в промежуточных точках. Использование закона позволяет заметно упростить решение.

В естественной среде, в реальных условиях, перемещение объектов предполагает проявление сил тяготения, упругости, трения, сопротивления. Работа сил зависит от внешних параметров процесса движения, например, величину силы трения определяет длина пути, поэтому она не является независимой.

Превращение энергии и закон сохранения

Определение 4

Если при рассмотрении процессов в замкнутой системе учитываются силы трения, то чтобы соблюдался закон сохранения механической энергии, следует учитывать переход её части во внутреннюю, тепловую энергию. Никакие процессы в природе не провоцируют возникновение или исчезновение энергии. Она переходит из одной формы в другую. Данный факт позволяет сформулировать фундаментальное правило – закон сохранения и превращения энергии.

Одно из следствий правила — то что нельзя создать вечный двигатель первого рода (perpetuum mobile). То есть невозможно существование аппарата, который совершает работу и не расходует энергию. Попытки реализовать такой аппарат не дадут никакого результата, так как принцип его работы противоречит закону сохранения и превращения энергии.

Закон сохранения энергии Примеры

ОПИСАНИЕ
Закон сохранения энергии шар для боулинга и кегли
ИСТОЧНИК
tiero / iStock / Getty Images Plus
РАЗРЕШЕНИЕ
Используется по лицензии Getty Images

Закон сохранения энергии — это закон физики, который гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена, а только может переходить из одной формы в другую или передаваться от одного объекта к другому. Этот закон преподается учащимся средних и старших классов на уроках физики, физики и химии.

Понимание закона сохранения энергии

Определение закона сохранения энергии подчеркивает, что энергия не может быть уничтожена или создана. Важно понять, что это на самом деле означает. Было бы неверным сказать, что целью эксперимента было бы получение энергии, поскольку это потребовало бы усилий для создания чего-то, что невозможно создать. Вместо этого энергия постоянно трансформируется, чтобы ее можно было использовать. Например, солнечные панели не производят солнечную энергию. Они используют энергию солнца и преобразуют ее в другой вид энергии (электричество).

Повседневные примеры: Закон сохранения энергии

Многие примеры, иллюстрирующие закон сохранения энергии, можно увидеть в повседневной жизни. Просмотрите эти знакомые примеры переноса энергии, чтобы составить четкое представление о том, как научный закон сохранения энергии влияет на повседневную жизнь.

Сохранение энергии Примеры с участием людей

Энергия может передаваться между людьми или от людей к объектам. Все эти примеры иллюстрируют закон сохранения энергии.

Келли пробежала через комнату и наткнулась на своего брата, толкнув его на пол. Кинетическая энергия, которой она обладала из-за своего движения, передавалась ее брату, заставляя его двигаться.
Два футболиста столкнулись на поле, и оба отлетели назад. Энергия передавалась от каждого игрока к другому, отправляя их в направлении, противоположном тому, откуда они бежали.
Когда вы толкаете книгу через стол, энергия вашей движущейся руки передается от вашего тела к книге, заставляя книгу двигаться.
При ударе по мячу, лежащему на земле, энергия тела бьющего игрока передается мячу, приводя его в движение.
Сэм переставлял мебель и нуждался в помощи, чтобы передвинуть тяжелый диван. Подошел его брат, и вместе они смогли толкнуть диван через комнату. Когда диван скользил по деревянному полу, энергия мужчин передавалась мебели.
Пальцы, ударяющие по клавишам пианино, передают энергию от руки исполнителя к клавишам.
Билли ударил по боксерской груше, передав энергию с руки на грушу.
Бет так сильно ударилась о стену, что проделала в ней дыру. Энергия передавалась от тела Бет гипсокартону, заставляя его двигаться.

Примеры сохранения энергии между объектами

Когда два объекта сталкиваются друг с другом, энергия передается между двумя объектами.

При игре в пул биток бьют по неподвижному шару-восьмерке. У битка есть энергия. Когда биток ударяется о шар-восьмерку, энергия передается от битка к шару-восьмерке, заставляя его двигаться. Биток теряет энергию, потому что энергия, которую он имел, была передана восьмерке, поэтому биток замедляется.
При игре в бочче на лужайке маленький мяч бросают с намерением ударить по более крупным шарам и заставить их двигаться. Когда большой шар движется, потому что по нему ударил маленький мяч, энергия передается от маленького мяча к большему.
Бейсбольный мяч попадает в окно дома, разбивая стекло. Энергия от шара передавалась стеклу, заставляя его разлетаться на осколки и лететь в разные стороны.
Когда движущийся автомобиль сталкивается с припаркованным автомобилем и заставляет припаркованный автомобиль двигаться, механическая энергия передается от движущегося автомобиля к припаркованному автомобилю.
Клэр бросила мяч, который попал в вазу ее матери и опрокинул ее. Энергия передавалась от движущегося шара неподвижной вазе, заставляя вазу двигаться.
Когда машина врезается в дорожный знак, он падает. Энергия будет передаваться от движущегося автомобиля к неподвижному знаку, заставляя знак двигаться.
Когда шар для боулинга сбивает кегли, которые стояли на месте, энергия передается от шара к кеглям. Никакая энергия не теряется.
Когда машина врезалась в бордюр, она развалилась. Энергия движущейся машины передавалась неподвижному цементу, заставляя его двигаться.

Другие примеры сохранения энергии

Многие другие ситуации иллюстрируют, как энергия может быть преобразована из одной формы в другую или передана между объектами.

Вода может производить электричество. Когда вода падает с неба, она преобразует потенциальную энергию в кинетическую. Эта энергия затем используется для вращения турбины генератора для производства электроэнергии. Потенциальную энергию воды в плотине можно превратить в кинетическую энергию.
Потенциальная энергия из нефти или газа является одним из видов химической энергии. Его энергия может быть использована для обогрева домов, офисов или других зданий, чтобы они оставались теплыми зимой.
Лампочки преобразуют электрическую энергию в свет, который освещает темные помещения.
Кошка, сидящая на самой высокой ветке дерева, обладает так называемой потенциальной энергией. Если кошка падает с ветки и падает на землю, ее потенциальная энергия теперь преобразуется в кинетическую энергию.
Собака врезалась в елку и опрокинула ее. В момент удара энергия передавалась от движущейся собаки неподвижному дереву, заставляя дерево двигаться.

Узнайте больше об энергии

Приведенные выше примеры закона сохранения энергии показывают, насколько широко эта физическая концепция используется в повседневной жизни. Теперь, когда вы знакомы с этим научным законом, найдите время, чтобы узнать о различных типах энергии.

Закон сохранения материи | Урок естествознания для детей

Обработка, пожалуйста, подождите…

Он успешно обработан!

СОХРАНЕНИЕ МАТЕРИИ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Закон сохранения материи гласит, что количество материи остается неизменным, даже когда материя меняет форму. Иногда может показаться, что во время научного эксперимента материя исчезает, но этот закон говорит нам, что материя не может появиться или исчезнуть волшебным образом, она просто переходит из одной формы в другую. Другой способ объяснить закон сохранения материи — сказать, что вещи не могут быть созданы или уничтожены волшебным образом.

Чтобы лучше понять, как работает закон сохранения материи….

ДАВАЙТЕ РАЗЪЯСНИМ!

Материя никогда не исчезает.

Материя — это все, что имеет вес и занимает место. Все, что вы можете увидеть и потрогать, является материей. Помните, что материя имеет три основные формы: твердую, жидкую и газообразную.

Материя может переходить из одной формы в другую. Например, воду можно кипятить, превращая ее в газ. Может показаться, что кипящая вода исчезла, но она просто превратилась в форму, которую мы не видим, называемую водяным паром.

Когда вещество растворяется, оно просто меняет форму.

Некоторые вещества, такие как сахар, также можно растворить в жидкости. Это еще один способ изменения формы материи. В нашем эпизоде полных свойств материи мы показываем, что когда сахар растворяется в воде, он как бы исчезает. Это не так.

Сахар просто растворился в воде, и его больше не было видно. Позже, когда вода была выпарена путем кипячения, вновь появились кристаллы сахара. Они были там все время.

Когда создается новая субстанция, она создается из существующей материи.

Некоторые научные эксперименты создают впечатление, что новые вещи создаются волшебным образом. Например, когда доктор Джефф сделал огненную змею в видео, казалось, что змея появилась волшебным образом.

Чтобы доказать, что ничего волшебного не произошло, материалы были взвешены до и после эксперимента. Вес после эксперимента был почти точно таким же, как и до эксперимента. Это потому, что количество материи было сохранено.

Количество вещества сохраняется при изменении формы вещества.

Когда материя резко меняется, она на самом деле не разрушается. Это можно проверить, взвесив все материалы, участвующие в эксперименте, перед его началом и снова после эксперимента. Сравнение весов доказывает, что количество материи остается прежним. Он просто меняет форму.

Например: сухой лед сделан из твердой двуокиси углерода. Если вы посмотрите на сухой лед, может показаться, что он исчезает. Поместив его в колбу и запечатав баллоном, вы можете захватить газ и показать, что вес всех материалов вместе взятых не меняется.

СОХРАНЕНИЕ МАТЕРИИ ПРИМЕРЫ

Когда что-то сгорает, материя не исчезает. Материалы просто превращаются в газы, которые вы не видите.

Когда вы выпекаете, кажется, что еда волшебным образом становится больше. Расширяющиеся пузырьки воздуха вызвали расширение выпеченных угощений, но больше материи не образовалось.

Свечи меняют форму при горении. Кажется, воск свечи исчезает, но это не так.

Горящая свеча превращает воск в углекислый газ и воду.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАТЕРИИ СЛОВАРЬ

Материя

Все, что имеет вес и занимает место.

Закон сохранения материи

Говорит нам, что количество материи остается неизменным, даже когда вещество меняет форму.

Растворить

Для смешивания с другим веществом. Например: когда в воду добавляют соль, она образует соленую воду.

Грамм

Научная единица измерения веса чего-либо. Купюра в долларах США весит около 1 грамма.

Сухой лед

Твердая форма двуокиси углерода, которая очень холодна и сразу превращается из твердого состояния в газообразное.

Сохранить

Сохранено, осталось прежним.

ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ МАТЕРИИ ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ

Когда команда смешивает 25 граммов сахара со 150 граммами воды, кажется, что сахар исчезает! Куда это идет?

Сахар растворяется в воде. Он все еще там, он просто принимает форму, которую мы не можем видеть.

Какие доказательства говорят нам о том, что сахар все еще там, хотя мы его и не видим?

Сахарная вода весит 175 граммов, что равно весу всего сахара (25 граммов) плюс всей воды (150 граммов). Это свидетельствует о том, что сахар все еще там, хотя мы его и не видим.

Когда доктор Джефф кипятит сахарную воду, что происходит?

При нагревании вода меняет свою форму с жидкой на газообразную. Сахар остается в твердом состоянии, что дает нам доказательство того, что он был там все время.

Во время расследования огненной змеи, что заставило змею быть намного больше, чем ингредиенты, из которых она была сделана (сахар и пищевая сода)?

Когда сахар и пищевая сода нагревались, в результате химической реакции ингредиенты выделяли газы, которые образовывали пузырьки. Эти пузырьки расширились, и змея выглядела намного больше, чем первоначальное количество ингредиентов.

Почему огненная змея весит немного меньше, чем ингредиенты, из которых она сделана?

Когда Зоя взвешивает ингредиенты (сахар и пищевую соду), их общий вес составляет 25 граммов.