 |
Закон сохранения механической энергии. Потенциальная и кинетическая энергия.
|
|
|
|
Механическая энергия. Механическая энергия - это энергия, связанная с движением объекта или его положением, позволяющая совершать механическую работу.
Понятие энергии. Если тело или несколько взаимодейст-вующих между собой тел (система тел) могут совершить работу, значит они обла-дают энергией.
Выражение энергии в системе СИ. Энергия выражается в системе СИ в тех же единицах, что и работу, т. е. в джоулях - Дж.
Потенциальная энергия. Потенциальной (лат. potentia - сила) называется энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействую-щих тел или частей одного и того же тела.
Сила тяжести как потенциальная сила. Сила тяжести является потенциальной силой, которая содержит потенциал для выполнения определенной работы. Работа, совершаемая телом под воздействием силы тяжести, прямо пропорциональна пройденному телом расстоянию и приложенной к нему силе.
Расчет величины работы силы тяжести (анимация).
Физическая формула потенциальной энергии. Если работа определяется формулой: 
, то и потенциальная энергия Еп равна этой же величине: 
, где g - ускорение свободного падения, m - масса тела, h - высота, на которую поднято тело.
Кинетическая энергия. Потенциальная энергия, реализуясь, становится энергией кинетической. Этот процесс всегда связан с движением. Энергия, которой обладает тело в результате своего движения, называется кинетической (греч. cinema - движение).
Физическая формула кинетической энергии.
, т.е. чем больше масса тела, и его скорость, с которой он движется, тем больше его кинетическая энергия.
Полная механическая энергия замкнутой системы. Сумма потенциальной и кинетической энергий образуют механическую энергию. Полная энергия системы остаётся постоянной. E = Ep + Ek = const.
|
|
|
Закон сохранения механической энергии. Полная механическая энергия в замкнутой системе тел взаимодействующих друг с другом посредством сил тяготения или сил упругости остается неизменной при любом движении этих тел: 
Понятие внутренней энергии тела. Кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия составляют внутреннюю энергию тела.
Понятие теплопередачи. Внутренняя энергия тел изменяется: путем теплопередачи от тел с более высокой температурой к телам с более низкой.
Теплопередача осуществляется тремя способами: Теплопроводностью; Конвекцией; Излучением.
Работа и мощность.
Работа. Физическое определение. Если под действием силы 1 ньютон тело перемещается на 1 метр, то сила совершает работу 1 Дж.
Единица измерения работы в системе СИ. Единицей измерения работы служит джоуль (Дж): Дж = Н/м.
Равнодействующая сила и механическая работа. Работы отдельных сил могут быть и отрицательными и положительными. В этом случае равнодействующая всех приложенных к телу сил обеспечит некую общую (суммарную) работу. Т.е. работа определяется суммой работ отдельных сил. Равнодействующая сила может быть равна нулю. Тогда и работы разных сил должны компенсировать друг друга.
Определение механической работы. Механической работой называется величина, равная скалярному произведению равнодействующей сил, действующих на тело при его перемещении.
Понятие скаляра и скалярной величины. Скаляр (лат. scalaris - ступенчатый) это величина, каждое значение которой может быть выражено одним числом. В физике под скаляром понимаются действительные или комплексные числа.
Мощность. Определение и физическая формула. Мощностью называется величина, равная отношению совершенной работы к промежутку времени, в течение которого она совершается.
|
|
|
Джеймс Ватт и его открытия. Джеймс Уатт (19.01.1736 – 19.08.1819). Шотландский инженер, изобретатель-механик. Изобрел универсальную паровую машину двойного действия. Работы Дж. Уатта положили начало промышленной революции в Англии и во всем мире.
Единица измерения мощности в системе СИ. За единицу мощности в системе СИ приняли такую мощность, при которой в 1 сек. совершается работа в 1 Дж. Эта единица называется ваттом (Вт) в честь английского ученного Уатта.
Механические волны, звук.
Механические волны. Механические волны – процесс распространения механических колебаний в среде (жидкой, твердой, газообразной).
Два вида механических волн. Различают два вида механических волн: поперечные и продольные.
Поперечные механические волны. Волны называются поперечными, если частицы среды колеблются перпендикулярно (поперек) лучу волны.
Продольные механические волны. Волны называются продольными, если частицы среды колеблются вдоль луча волны.
Основные понятия теории механических волн. Луч волны. Волновой фронт. Волновая поверхность. Длина волны.
Луч волны. Луч волны - направление распространения волны.
Волновой фронт. Волновой фронт (фронт волны) - геометрическое место множества точек, до которых дошло колебание к данному моменту времени.
Волновая поверхность. Волновая поверхность - геометрическое место множества точек, колеблющихся в одинаковой фазе. Луч волны всегда перпендикулярен волновой поверхности.
Длина волны. Длина волны – это наименьшее расстояние между частицами, совершающими колебание с одинаковой фазой. Длиной волны характеризуется периодичность волнового процесса в пространстве.
Христиан Гюйгенс и его общие принципы поведения механических волн. Христиан Гюйгенс (14.04.129 – 8.07.1695) - нидерландский механик, физик, математик, астроном и изобретатель. Выдвинул общие принципы, описывающие поведение волн: 1) каждая точка среды, до которой дошло колебание становится источником вторичных волн; 2) волновой фронт в новый момент времени является огибающей вторичных волн.
Механическая природа звука. Звук – это колебания частиц среды, распространяющиеся в виде продольных механи-ческих волн с частотой от 16 Гц до 20000 Гц (20 кГц).
|
|
|
Определение звука. Звук – это воспринимаемые человеческими органами слуха механические волны, которые вызывают звуковые ощущения.
Звуковые волны. Источниками звуковых волн могут быть любые тела, которые совершают механические колебания с часто-той (от 16 до 20000 Гц)
Инфразвук и Ультразвук. В природе существуют волны, частота которых меньше 16 Гц (инфразвук) и больше 20000 Гц (ультразвук). Но этот диапазон, эти разделы человеческим ухом не воспринимаются.
Условия, необходимые для возникновения и существования звука. Условия, необходимые для возникновения и существования звука: 1. Источник звука; 2. Среда; 3. Слуховой аппарат; 4. Частота 16–20000 Гц; 5. Интенсивность.
Виды звуков. Тон – это звук, являющийся периодическим процессом. Шум - это звук, отличающийся сложной не повторяющейся временной зависимостью. Звуковой удар – кратковременное звуковое воздействие.
Физические характеристики звука. Высота – обусловленная частотой основного тона. Тембр – определяется спектральным составом звука. Громкость - уровень слухового ощущения, определяется интенсивностью и частотой звука.
Использование звука в медицине. Ультразвуковая хирургия. Ультразвуковой скальпель – рассечение тканей. Ультразвуковой остеосинтез – «сваривание» тканей. Удаление опухолей в мозговой ткани без вскрытия черепной коробки. Дробление почечных камней.
Демонстрации:
Силы в природе.
Сила тяжести.
Ускорение свободного падения.
Зависимость веса тела от силы тяжести.
Преобразование силы трения покоя в силу трения скольжения.
Вязкое трение.
Импульс (количество движения).
Замкнутая система тел.
Отдача пушечного ядра – пример реактивного движения.
Старт ракеты.
Энергия разжимаемой пружины.
Механические волны.
Демонстрация механической волны.
Поперечные механические волны.
Продольные механические волны.
Контрольные вопросы:.
1. Объясните физический смысл сил в природе: упругость, трение, сила тяжести.
2. Объясните физический смысл понятия силы.
3. Обозначение силы в Международной системе единиц (СИ).
|
|
|
4. Назовите четыре признака воздействия силы на тело.
5. Сформулируйте признаки разновидностей сил природы по физическим характеристикам.
6. Дайте общее определение силы.
7. Сформулируйте физические смыслы закона всемирного тяготения И. Ньютона.
8. Сформулируйте физические смыслы силы тяжести.
9. Сформулируйте физические смыслы ускорения свободного падения.
10. Сформулируйте физические смыслы и характеристики понятия веса тела и невесомости.
11. Назовите условие при котором вес тела может быть равен силе тяжести.
12. Объясните физический смысл силы упругости и научное значение закона Р. Гука.
13. Назовите виды деформаций тела и объясните физический смысл коэффициента жёсткости.
14. Объясните физический смысл силы трения и назовите два вида трения: сила трения покоя и сила трения скольжения.
15. Сформулируйте физические законы сухого трения и вязкого трения.
16. Сформулируйте физические смыслы закона сохранения импульса.
17. Сформулируйте физические смыслы реактивного движения.
18. Дайте определение понятию импульса.
19. Воспроизведите формулу определения импульса.
20. Сформулируйте физические смыслы понятий: «сохранение» и «замкнутая система тел».
21. Сформулируйте значение закона сохранения импульса для современных исследований.
22. Сформулируйте значение открытий К. Э. Циолковского.
23. Воспроизведите формулу Циолковского для определения максимальной скорости ракеты.
24. Объясните физические смыслы закона сохранения механической энергии.
25. Назовите физические особенности потенциальной и кинетической энергии.
26. Объясните физический смысл понятия: «Механическая энергия».
27. Назовите особенности выражения энергии в системе СИ.
28. Сформулируйте физические смыслы понятия потенциальной энергии.
29. Докажите, что сила тяжести является потенциальной силой.
30. Воспроизведите физическую формулу потенциальной энергии. Объясните значение величин и понятий.
31. Сформулируйте физические смыслы понятия: «Кинетическая энергия».
32. Воспроизведите физическую формулу кинетической энергии.
33. Сформулируйте физические смыслы понятия: «Полная механическая энергия замкнутой системы».
34. Сформулируйте Закон сохранения механической энергии.
35. Раскройте физические смыслы понятий внутренней энергии тела и теплопередачи.
36. Сформулируйте физические смыслы понятий: «Работа» и «Мощность».
37. Назовите единицу измерения работы в системе СИ.
38. Объясните, почему равнодействующая сила и механическая работа взаимосвязаны.
39. Дайте определение механической работы.
40. Дайте определение понятие скаляра и скалярной величины.
|
|
|
41. Воспроизведите определение и физическую формулу мощности.
42. Сформулируйте значение открытий Джеймса Ватт.
43. Назовите единицу измерения мощности в системе СИ.
44. Объясните, почему звук является механической волной.
45. Дайте определение механической волны.
46. Назовите два вида механических волн.
47. Сформулируйте физические смыслы понятия поперечной механической волны.
48. Сформулируйте физические смыслы понятия продольной механической волны.
49. Объясните смыслы основных понятий теории механических волн: Луч волны. Волновой фронт. Волновая поверхность. Длина волны.
50. Назовите общие принципы распространения механических волн, сформулированные Х. Гюйгенсом.
51. Дайте определение звуку.
52. Объясните физические смыслы понятий звуковой волны, инфразвука и ультразвука.
53. Назовите условия, необходимые для возникновения и существования звука.
54. Назовите виды звуков и их физические характеристики.
55. Приведите примеры использования звука в медицине.
Литература:
1. Ахмедова Т.И., Мосягина О.В. Естествознание: Учебное пособие / Т.И. Ахмедова, О.В. Мосягина. – М.: РАП, 2012. – С. 34-39.
|
|
|
