Презентация "Механическая работа и энергия"

• 1 слайд

  • кинетическая энергия
  и механическая работа
  • работа силы тяжести и потенциальная энергия
  • закон сохранения механической энергии
  Механическая работа и энергия:
  

• 2 слайд

  Механическая энергия и работа.
  
  Начнём путь к ещё одному закону сохранения.
  Необходимо ввести несколько новых понятий так, чтобы они не показались вам свалившимися «с потолка», а отражали живую мысль людей, указавших впервые на полезность и смысл новых понятий.
  Начнём.
  
  
  Решим с помощью законов Ньютона задачу: тело массой m совершает движение с ускорением под действием трёх сил, указанных на рисунке. Определить скорость  в конце пути S.
  
  F 3
  F 1
  F 2
  
  
  
  х
  

• 3 слайд

  Запишем второй закон Ньютона:
  
  F1 + F2 + F3 = m×а,
  в проекции на ось ОХ:
  F1cos ­ F3 = m×а 
  
  F1cos ­ F3 = m × (υ²–υо²)
  2S
  
  F1S cos ­ F3S = mυ² –mυо²
  2 2
  
  F
  3
  F 1
  F 2
  u
  o
  a
  х
  

• 4 слайд

  mυ²
  В правой части стоит изменение величины 2 обозначим её Ек и назовём кинетической энергией: F1S cos  F3S = Εк Εко =ΔΕк
  В левой части выражение, показывающее, как силы F1, F2 и F3 влияли на изменение ΔΕк кинетической энергии. Влияли, да не все! Сила F2 на ΔΕк не влияла. Сила F1 увеличила ΔΕк на величину F1S cos. Сила F3, направленная под углом ° к перемещению, уменьшила ΔΕк на величину  F3S.
  
  
  
  
  
  
  F1S cos ­ F3S = mυ² – mυо²
  2 2
  Обсудим полученный результат.
  
  

• 5 слайд

  Влияние всех сил на изменение ΔΕк можно описать единым образом, если ввести величину A=Fs cosα , называемую механической работой:
  А1= F1S cos,
  A2= F2S cos 90°=0,
  A3 = F3S cos180°=F3S,
  а вместе A1 + A2 + A3= Ek  Eko
  или: изменение кинетической энергии тела равно работе сил, действующих на тело.
  Полученное выражение – теорема о кинетической энергии: ΣA=ΔΕk.
  
  
  
  [Ek]=1Дж
  [A]=1Дж
  

• 6 слайд

  За единицу работы выбран 1 Дж (джоуль): это работа силы в 1 Н на пути в 1 м при условии, что угол между силой и перемещением α = 0.
  Обратите внимание, что Ek и А – скалярные величины!
  Закрепим сведения о новых понятиях.
  
  У какого из тел больше кинетическая энергия: у спокойно идущего человека или летящей пули?
  Скорость автомобиля возросла вдвое (втрое). Во сколько раз изменилась его кинетическая энергия?
  При каких из перечисленных движений кинетическая энергия тел изменяется: РПД, РУД, РДО?
  Выразите кинетическую энергию через модуль импульса тела и модуль импульса через кинетическую энергию.
  

• 7 слайд

  Ответы и решения.
  3) РУД υ=υ0+at  υ
  ( модуль скорости возрастает), m = const 
  .
  
  
  
  Модуль импульс тела:
  
  
  Кинетическая энергия:
  Работа величина скалярная, выражается числом. А 0, если 0≤90°; А0, если 90°   ≤ 180°.
  Если сила действует на тело под углом 90° к направлению мгновенной скорости, скажем, сила тяжести при движении спутника по круговой орбите или сила упругости при вращении тела на нити. А=Fs cos90 °=0.
  По теореме 0 = Ек – Еко  Ек = Еко сила не изменяет скорость!!!
  
  

• 8 слайд

  Есть ли на рисунке тела, обладающие одинаковой кинетической энергией?
  1
  5
  3
  5
  3
  2
  Е
  Г
  В
  Б
  А
  Д
  5
  3
  2
  2
  5
  5
  Вспомним и об импульсе: есть ли на рисунке тела, обладающие одинаковым импульсом?
  Цифры в кружках означают массы тел, цифры рядом с вектором – скорости тел. Все величины (массы и скорости) выражены в единицах СИ.
  ИМПУЛЬС - ВЕКТОР!
  

• 9 слайд

  Не сможете ли вы сказать по рисунку, какие силы увеличивают Ек тела, какие уменьшают?
  Укажите стрелкой направление скорости, такое, чтобы:
  А1 0, А2 0, А3  0;
  А1  0, А2  0, А3 =0;
  А1  0, А2  0, А3 =0;
  А1  0, А2  0, А3  0.
  
  
  1
  3
  2
  а
  b
  с
  Возможна ли такая комбинация знаков работ, для которой вообще нельзя подобрать направление скорости?
  

• 10 слайд

  В каких случаях из приведённых ниже работа равнодействующей положительна, отрицательна, равна нулю:
  Автобус отходит от остановки, движется равномерно и прямолинейно, поворачивает с постоянной по модулю скоростью, подходит к остановке;
  
  Вы спускаетесь с горки; катаетесь на карусели, на качелях?
  

• 11 слайд

  Понятие кинетической энергии ввёл впервые голландский физик и математик Христиан Гюйгенс, которого называл великим сам И.Ньютон. Изучая соударения упругих шаров, Гюйгенс пришёл к заключению: „При соударении двух тел сумма произведений из их величин на квадраты их скоростей остаётся неизменной до и после удара” («величин» – читай «масс»). С современных позиций открытие Гюйгенса не что иное, как частный случай проявления закона сохранения энергии. Гюйгенс, красавец из старинного рода, в котором «таланты, дворянство и богатство были наследственными», не только впервые определил кинетическую энергию, но и указал на векторный характер импульса. Он изобрёл маятниковые часы, выполнил ряд блестящих работ по математике, астрономии. «Прекрасно дисциплинированный гений… уважающий свои способности и стремящийся использовать их в полной мере».
  

• 12 слайд

  В повседневности у нас постоянно существует необходимость изменять направление и модуль скорости различных тел (движение пальцев, век и др.). Чтобы изменить модуль скорости, необходимо совершить механическую работу: A=ΔΕk. Эту работу совершают ваши мышцы.
  Рассмотрим самое обычное явление – подъём по лестнице. Вы стоите на ступеньке, ставите ногу на следующую, напрягаете мышцы, возникает реакция опоры , компенсирующая силу , сила совершает положительную работу А0, скорость вашего тела возрастает: ΔΕk 0, вы поднимаетесь на одну ступеньку. Одновременно сила тяжести совершает отрицательную работу, так как  =180°. Работа силы напряжения мышц должна быть хоть чуть-чуть, но больше работы силы тяжести (по модулю), иначе не удастся увеличить Εk .
  
  

• 13 слайд

  АА , иначе не удастся увеличить кинетическую энергию Ек = А + А ,(А 0). Так как перемещение туловища под действием этих сил одинаково, то ясно, что  ,  и