Физика · 7 класс · Раздел 7. Работа и мощность. Энергия
Превращение одного вида механической энергии в другой
Потенциальная энергия превращается в кинетическую, а кинетическая — обратно в потенциальную. Внутри — живые энергетические шкалы: мяч, маятник и санки движутся, а две полоски Eₚ и Eₖ качаются в противофазе, сохраняя постоянную сумму.
Главная мысль темы
Механическая энергия бывает двух видов: потенциальная (энергия положения или деформации) и кинетическая (энергия движения).
Потенциальная энергия может превращаться в кинетическую, а кинетическая — в потенциальную. Энергия не исчезает — она переходит из одного вида в другой.
Мяч подняли высоко — у него потенциальная энергия. Отпустили — он падает, и потенциальная энергия превращается в кинетическую. Ударился о землю — часть энергии перешла в звук, тепло и деформацию.
Интерактив · Поймай превращение (потенциальная → кинетическая)
Отметь ситуации, где потенциальная энергия превращается в кинетическую (тело было выше и начало двигаться вниз).
Камень падает с высоты.
Машина стоит на парковке.
Санки съезжают с горки.
Вода падает с плотины.
Интерактив · Энергетические шкалы: потенциальная ↔ кинетическая
Выбери сцену. Смотри, как две шкалы — Eₚ (бирюзовая, высота) и Eₖ (красная, скорость) — меняются в противофазе, а их сумма (полная энергия) остаётся постоянной. Тело движется быстрее всего там, где Eₚ минимальна: у земли, в нижней точке.
Мяч падает: высота ↓ → потенциальная ↓, скорость ↑ → кинетическая ↑. Перед самой землёй скорость (и кинетическая энергия) максимальна.
Мяч бросили вверх: всё наоборот. Скорость ↓ → кинетическая ↓, высота ↑ → потенциальная ↑. В верхней точке мяч на мгновение почти останавливается: кинетическая минимальна, потенциальная максимальна. Потом падает обратно.
У маятника и санок на горке энергия постоянно «переливается» туда-сюда: в крайних (высоких) точках — потенциальная, в нижней точке — кинетическая.
Американские горки и правило высоты
Вагонетку сначала поднимают высоко — она получает большую потенциальную энергию. Дальше она катится сама: на спусках разгоняется (потенциальная → кинетическая), на подъёмах замедляется (кинетическая → потенциальная).
Без дополнительного разгона тело не поднимется выше той высоты, с которой начало движение. Ведь для большей высоты нужна большая потенциальная энергия, чем была в начале.
Интерактив · Построй безопасные американские горки
Вагонетка стартует с высоты 10 м без мотора. На какие горки она сможет заехать сама? Отметь каждую.
Горка 5 м
Горка 8 м
Горка 10 м
Горка 14 м
Пружина и резинка: энергия деформации
Потенциальная энергия бывает не только из-за высоты. Если пружину сжать, а резинку растянуть, в них запасается потенциальная энергия деформации. Отпустишь — она превращается в кинетическую энергию тела.
Игрушечная машинка с пружиной: завели пружину (запасли энергию) → отпустили → энергия пружины превратилась в движение. Чем сильнее сжатие — тем больше запасённая энергия и тем дальше проедет машинка.
Интерактив · Сожми пружину — машинка поедет
Меняй сжатие пружины и жми «Отпустить». Чем сильнее сжатие — тем больше запасённой энергии деформации и тем дальше уедет машинка.
Сжатие пружиныСредне
Запасённая энергия: 36%Дальность: 36%
Закон сохранения и трение
Если трением можно пренебречь, полная механическая энергия сохраняется: E = Eₚ + Eₖ = const. Одна энергия уменьшается ровно настолько, насколько увеличивается другая.
E = Eₚ + Eₖ
полная механическая энергия постоянна (без трения)
В реальной жизни трение почти всегда есть: санки останавливаются, маятник затихает, мяч отскакивает всё ниже. Энергия при этом не исчезает — часть механической энергии переходит во внутреннюю энергию, тепло, звук и деформацию. Поэтому мяч, упавший с 1 м, отскакивает лишь на ~70 см: разница ушла в звук и нагрев.