Belirli bir cismin kütlesinin çarpımının yarısına ve bu cismin kare hızının karesine eşit olan değere fizikte cismin kinetik enerjisi veya hareket enerjisi denir. Cismin kinetik veya itici enerjisinin belirli bir süre için değişimi veya tutarsızlığı, belirli bir cisim üzerinde belirli bir kuvvetin belirli bir süre boyunca yaptığı işe eşit olacaktır. Herhangi bir türden kapalı bir yörünge boyunca herhangi bir kuvvetin işi sıfıra eşitse, bu tür bir kuvvete denir. potansiyel güç. Bu tür potansiyel kuvvetlerin işi, cismin hareket ettiği yörüngeye bağlı olmayacaktır. Bu tür bir çalışma, vücudun ilk konumu ve son konumu ile belirlenir. Potansiyel enerji için başlangıç ​​noktası veya sıfır kesinlikle keyfi olarak seçilebilir. Cismi belirli bir konumdan sıfır noktasına hareket ettirmek için potansiyel kuvvetin yaptığı işe eşit olacak değere fizikte cismin potansiyel enerjisi veya durumun enerjisi denir.

İçin Çeşitli türler Fizikte kuvvetler, bir cismin potansiyel veya durağan enerjisini hesaplamak için çeşitli formüller vardır.

Potansiyel kuvvetlerin yaptığı iş, bu potansiyel enerjideki değişime eşit olacaktır, bu da zıt işarette alınmalıdır.

Kinetiği toplarsak ve potansiyel enerji body, toplam denilen bir değer elde edersiniz mekanik enerji gövde. Birkaç cisimden oluşan bir sistemin muhafazakar olduğu bir konumda, mekanik enerjinin korunumu veya sabitliği kanunu bunun için geçerlidir. Muhafazakar bir cisimler sistemi, yalnızca zamana bağlı olmayan potansiyel kuvvetlerin etkisine tabi olan böyle bir cisimler sistemidir.

Mekanik enerjinin korunumu veya sabitliği yasası şöyledir: "Belirli bir cisim sisteminde meydana gelen herhangi bir işlem sırasında, toplam mekanik enerjisi her zaman değişmeden kalır." Böylece, herhangi bir cismin veya herhangi bir cisim sisteminin toplam veya tüm mekanik enerjisi, bu cisimler sistemi muhafazakar ise sabit kalır.

Toplam veya tüm mekanik enerjinin korunumu veya sabitliği yasası her zaman değişmezdir, yani zamanın başlangıç ​​noktası değişse bile yazı biçimi değişmez. Bu, zamanın homojenliği yasasının bir sonucudur.

Enerji tüketen kuvvetler sisteme etki etmeye başladığında, örneğin bunun mekanik enerjisinde kademeli bir azalma veya azalma gibi. kapalı sistem. Bu sürece enerji kaybı denir. Enerji tüketen bir sistem, enerjinin zamanla azalabildiği bir sistemdir. Yayılma sırasında, sistemin mekanik enerjisi tamamen diğerine dönüştürülür. Bu, evrensel enerji yasasıyla tamamen tutarlıdır. Bu nedenle, doğada tamamen muhafazakar sistemler yoktur. Herhangi bir cisim sisteminde zorunlu olarak şu ya da bu enerji tüketen kuvvet yer alacaktır.

Toplam mekanik enerji, cisimlerin hareketini ve etkileşimini karakterize eder, bu nedenle cisimlerin hızlarına ve göreceli konumuna bağlıdır.

Kapalı bir mekanik sistemin toplam mekanik enerjisi, bu sistemin gövdelerinin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamına eşittir:

enerji tasarrufu yasası

Enerjinin korunumu yasası, doğanın temel yasasıdır.

Newton mekaniğinde, enerjinin korunumu yasası şu şekilde formüle edilir:

Yalıtılmış (kapalı) bir vücut sisteminin toplam mekanik enerjisi sabit kalır.

Diğer bir deyişle:

Enerji yoktan doğmaz ve hiçbir yerde kaybolmaz, sadece bir biçimden diğerine geçebilir.

Bu ifadenin klasik örnekleri şunlardır: bir yaylı sarkaç ve bir diş üzerinde bir sarkaç (ihmal edilebilir sönümleme ile). Bir yay sarkaç durumunda, salınım sürecinde, deforme olmuş bir yayın potansiyel enerjisi (yükün uç konumlarında maksimuma sahiptir) dönüştürülür. kinetik enerji yük (yük denge konumundan geçtiği anda maksimuma ulaşır) ve bunun tersi de geçerlidir. Bir iplik üzerinde bir sarkaç durumunda, yükün potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüştürülür ve bunun tersi de geçerlidir.

2 Ekipman

2.1 Dinamometre.

2.2 Laboratuvar standı.

2.3 100 g - 2 adet ağırlığındaki yük.

2.4 Ölçüm cetveli.

2.5 Parça yumuşak doku veya hissettim.

3 Teorik arka plan

Deney düzeneğinin şeması Şekil 1'de gösterilmektedir.

Dinamometre, tripodun ayağına dikey olarak sabitlenmiştir. Bir tripod üzerine bir parça yumuşak bez veya keçe yerleştirilir. Dinamometreden yükleri asarken, dinamometre yayının gerilimi, işaretçinin konumu ile belirlenir. Bu durumda, yayın maksimum uzaması (veya statik yer değiştirmesi) X 0 sertliği olan bir yayın elastik kuvveti olduğunda oluşur k yükün yerçekimi kuvvetini kütle ile dengeler t:

kx 0 = mg, (1)

nerede g = 9.81 - serbest düşüş ivmesi.

Sonuç olarak,

Statik yer değiştirme, yayın alt ucunun yeni denge konumunu O" karakterize eder (Şekil 2).

Yük bir mesafe aşağı çekilirse ANCAK O" noktasından itibaren ve 1. noktada bırakın, ardından yükün periyodik salınımları meydana gelir. 1 ve 2, dönüş noktaları olarak adlandırılan yük durur, hareket yönünü tersine çevirir. Dolayısıyla bu noktalarda yükün hızı v = 0.

Max hız v m balta yük O" orta noktasında olacaktır. Salınım yüküne iki kuvvet etki eder: sabit yerçekimi kuvveti mg ve değişken elastik kuvvet kx. Koordinatlı rastgele bir noktada yerçekimi alanındaki bir cismin potansiyel enerjisi X eşittir mgx. Deforme olmuş cismin potansiyel enerjisi sırasıyla eşittir.

Bu durumda, nokta X = 0, gerilmemiş bir yay için işaretçinin konumuna karşılık gelir.

İsteğe bağlı bir noktadaki yükün toplam mekanik enerjisi, potansiyel ve kinetik enerjisinin toplamıdır. Sürtünme kuvvetlerini ihmal ederek toplam mekanik enerjinin korunumu yasasını kullanırız.

2. noktadaki yükün toplam mekanik enerjisini koordinat ile eşitleyelim. -(X 0 -ANCAK) ve koordinatlı O" noktasında -X 0 :

Parantezleri genişleterek ve basit dönüşümler yaparak, formül (3)'ü forma getiriyoruz.

Ardından maksimum yük hızı modülü

Bir yayın sertliği, statik yer değiştirmeyi ölçerek bulunabilir. X 0 . Formül (1)'den aşağıdaki gibi,

Toplam mekanik enerji, cisimlerin hareketini ve etkileşimini karakterize eder, bu nedenle cisimlerin hızlarına ve göreceli konumuna bağlıdır.

Kapalı bir mekanik sistemin toplam mekanik enerjisi, bu sistemin gövdelerinin kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamına eşittir:

enerji tasarrufu yasası

Enerjinin korunumu yasası, doğanın temel yasasıdır.

Newton mekaniğinde, enerjinin korunumu yasası şu şekilde formüle edilir:

Yalıtılmış (kapalı) bir vücut sisteminin toplam mekanik enerjisi sabit kalır.

Diğer bir deyişle:

Enerji yoktan doğmaz ve hiçbir yerde kaybolmaz, sadece bir biçimden diğerine geçebilir.

Bu ifadenin klasik örnekleri şunlardır: bir yaylı sarkaç ve bir diş üzerinde bir sarkaç (ihmal edilebilir sönümleme ile). Bir yay sarkaç durumunda, salınım sürecinde, deforme olmuş bir yayın potansiyel enerjisi (yükün uç konumlarında maksimuma sahiptir) yükün kinetik enerjisine dönüştürülür (şu anda maksimuma ulaşır). yük denge konumunu geçer) ve bunun tersi de geçerlidir. Bir iplik üzerinde bir sarkaç durumunda, yükün potansiyel enerjisi kinetik enerjiye dönüştürülür ve bunun tersi de geçerlidir.

2 Ekipman

2.1 Dinamometre.

2.2 Laboratuvar standı.

2.3 100 g - 2 adet ağırlığındaki yük.

2.4 Ölçüm cetveli.

2.5 Bir parça yumuşak bez veya keçe.

3 Teorik arka plan

Deney düzeneğinin şeması Şekil 1'de gösterilmektedir.

Dinamometre, tripodun ayağına dikey olarak sabitlenmiştir. Bir tripod üzerine bir parça yumuşak bez veya keçe yerleştirilir. Dinamometreden yükleri asarken, dinamometre yayının gerilimi, işaretçinin konumu ile belirlenir. Bu durumda, yayın maksimum uzaması (veya statik yer değiştirmesi) X 0 sertliği olan bir yayın elastik kuvveti olduğunda oluşur k yükün yerçekimi kuvvetini kütle ile dengeler t:

kx 0 = mg, (1)

nerede g = 9.81 - serbest düşüş ivmesi.

Sonuç olarak,

Statik yer değiştirme, yayın alt ucunun yeni denge konumunu O" karakterize eder (Şekil 2).

Yük bir mesafe aşağı çekilirse ANCAK O" noktasından itibaren ve 1. noktada bırakın, ardından yükün periyodik salınımları meydana gelir. 1 ve 2, dönüş noktaları olarak adlandırılan yük durur, hareket yönünü tersine çevirir. Dolayısıyla bu noktalarda yükün hızı v = 0.

Max hız v m balta yük O" orta noktasında olacaktır. Salınım yüküne iki kuvvet etki eder: sabit yerçekimi kuvveti mg ve değişken elastik kuvvet kx. Koordinatlı rastgele bir noktada yerçekimi alanındaki bir cismin potansiyel enerjisi X eşittir mgx. Deforme olmuş cismin potansiyel enerjisi sırasıyla eşittir.

Bu durumda, nokta X = 0, gerilmemiş bir yay için işaretçinin konumuna karşılık gelir.

İsteğe bağlı bir noktadaki yükün toplam mekanik enerjisi, potansiyel ve kinetik enerjisinin toplamıdır. Sürtünme kuvvetlerini ihmal ederek toplam mekanik enerjinin korunumu yasasını kullanırız.

2. noktadaki yükün toplam mekanik enerjisini koordinat ile eşitleyelim. -(X 0 -ANCAK) ve koordinatlı O" noktasında -X 0 :

Parantezleri genişleterek ve basit dönüşümler yaparak, formül (3)'ü forma getiriyoruz.

Ardından maksimum yük hızı modülü

Bir yayın sertliği, statik yer değiştirmeyi ölçerek bulunabilir. X 0 . Formül (1)'den aşağıdaki gibi,

Sayfa 1

Vücudun toplam mekanik enerjisi değişmez. Enerji yalnızca bir biçimden diğerine değişir.

Sürtünme ve direnç kuvvetlerinden etkilenmeyen bir cismin toplam mekanik enerjisi, hareketi sırasında değişmeden kalır.

Bir cismin toplam mekanik enerjisi, kinetik ve potansiyel enerjilerinin toplamıdır. Düşünmek tam Enerji farklı zamanlarda serbestçe düşen vücut.

Düştüğünde vücudun toplam mekanik enerjisi değişir mi?

Vücudun toplam mekanik enerjisi denir.

Böylece harmonik salınımlar yapan bir cismin toplam mekanik enerjisi salınım genliğinin karesi ile orantılıdır. Bu nedenle, salınımların genliği A da zamana bağlı değildir.

(44.13)'ten görülebileceği gibi, sönümlü salınımlar sırasında cismin toplam mekanik enerjisi üstel bir yasaya göre zamanla azalır.

Kinetik ve potansiyel enerjilerin toplamı vücudun toplam mekanik enerjisini oluşturur.

Kesinlikle esnek bir darbe, cisimlerin toplam mekanik enerjisinin korunduğu bir darbedir. İlk olarak, kinetik enerji kısmen veya tamamen elastik deformasyon potansiyel enerjisine dönüştürülür. Daha sonra cisimler birbirlerini iterek orijinal şekillerine dönerler. Sonuç olarak, elastik deformasyonun potansiyel enerjisi tekrar kinetik enerjiye dönüşür ve cisimler iki koşul tarafından belirlenen hızlarla birbirinden ayrılır - toplam enerjinin korunumu ve toplam dürtü tel.

Kesinlikle esnek bir darbe, cisimlerin toplam mekanik enerjisinin korunduğu bir darbedir. İlk olarak, kinetik enerji kısmen veya tamamen elastik deformasyon potansiyel enerjisine dönüştürülür. Daha sonra cisimler birbirlerini iterek orijinal şekillerine dönerler. Sonuç olarak, elastik deformasyonun potansiyel enerjisi tekrar kinetik enerjiye dönüşür ve cisimler iki koşul tarafından belirlenen hızlarla ayrılır - toplam enerjinin korunumu ve cisimlerin toplam momentumu.

Kesinlikle esnek bir darbe, cisimlerin toplam mekanik enerjisinin korunduğu bir darbedir. İlk olarak, kinetik enerji kısmen veya tamamen elastik deformasyon potansiyel enerjisine dönüştürülür. Daha sonra cisimler birbirlerini iterek orijinal şekillerine dönerler. Sonuç olarak, elastik deformasyonun potansiyel enerjisi tekrar kinetik enerjiye dönüşür ve cisimler iki koşul tarafından belirlenen hızlarla birbirinden ayrılır - toplam enerjinin korunumu ve cisimlerin toplam momentumu.

Bu çalışma, enerjiyi dağıtmak veya vücudun toplam mekanik enerjisini değiştirmek için harcanır.

Enerji değişimi yasasına göre (bkz. § 28), direnç kuvvetinin (dış kuvvet) işi, vücudun toplam mekanik enerjisinin artışına eşittir.

Bu sonuç tahmin edilebilir, çünkü cismin altında hareket ettiği elastik kuvvet muhafazakardır, bu nedenle enerji koruma yasası yerine getirilir - cismin toplam mekanik enerjisi korunur.

Mekanik enerji, bir vücudun performans gösterme yeteneğini karakterize eder. mekanik iş. Bir cismin toplam mekanik enerjisi, kinetik ve potansiyel enerjinin toplamıdır.

Enerji, sistemin işlerliğinin rezervidir. Mekanik enerji, sistemdeki cisimlerin hareket hızları ve bunların karşılıklı düzenleme; dolayısıyla hareketin ve etkileşimin enerjisidir.

Bir cismin kinetik enerjisi, iş yapma yeteneğini belirleyen mekanik hareketinin enerjisidir. Öteleme hareketinde, cismin kütlesinin çarpımının yarısı ile hızının karesi ile ölçülür:

saat döner hareket vücudun kinetik enerjisi şu ifadeye sahiptir:

Bir cismin potansiyel enerjisi, cisimlerin veya aynı cismin parçalarının karşılıklı göreli konumu ve etkileşimlerinin doğası nedeniyle konumunun enerjisidir. Yerçekimi alanındaki potansiyel enerji:

G'nin yerçekimi kuvveti olduğu yerde h, Dünya üzerindeki ilk ve son konumların seviyeleri arasındaki farktır (enerjinin belirlendiği yere göre). Elastik olarak deforme olmuş cismin potansiyel enerjisi:

burada C elastisite modülü, delta l deformasyondur.

Yerçekimi alanındaki potansiyel enerji, cismin (veya cisimler sisteminin) Dünya'ya göre konumuna bağlıdır. Elastik olarak deforme olmuş bir sistemin potansiyel enerjisi, parçalarının göreli düzenine bağlıdır. Potansiyel enerji, kinetik enerjiden (vücudu kaldırmak, kası germek) dolayı ortaya çıkar ve pozisyon değiştirirken (vücudu düşürürken, kası kısaltmak) kinetik enerjiye geçer.

Düzlem-paralel hareket sırasında sistemin kinetik enerjisi, CM'sinin kinetik enerjisinin (tüm sistemin kütlesinin içinde yoğunlaştığı varsayılarak) ve sistemin dönme hareketindeki kinetik enerjisinin toplamına eşittir. CM:

Sistemin toplam mekanik enerjisi, kinetik ve potansiyel enerjinin toplamına eşittir. Dış kuvvetlerin yokluğunda sistemin toplam mekanik enerjisi değişmez.

Kinetik enerjideki değişim malzeme sistemi bazı yolda dış ve dış çalışmaların toplamına eşittir. Iç kuvvetler aynı yol boyunca:

Sistemin kinetik enerjisi, sistemin hızı sıfıra düştüğünde oluşacak frenleme kuvvetlerinin işine eşittir.

İnsan hareketlerinde bir hareket türü diğerine geçer. Aynı zamanda, maddenin hareketinin bir ölçüsü olarak enerji de bir biçimden diğerine geçer. Böylece kaslardaki kimyasal enerji mekanik enerjiye (elastik olarak deforme olmuş kasların iç potansiyeli) dönüştürülür. İkincisi tarafından üretilen kas çekme kuvveti çalışır ve potansiyel enerjiyi vücudun hareketli parçalarının ve dış cisimlerin kinetik enerjisine dönüştürür. Dış cisimlerin mekanik enerjisi (kinetik), insan vücudu üzerindeki etkileri sırasında vücudun bağlantılarına aktarılır, gerilmiş antagonist kasların potansiyel enerjisine ve dağılan termal enerjiye dönüştürülür (bkz. Bölüm IV).