Страница 204 — Глава 4. Работа и мощность. Энергия. § 60…

При падении тела его высота над землёй уменьшается, поэтому потенциальная энергия Eп = mgh убывает. Скорость падающего тела растёт, поэтому его кинетическая энергия Eк = mv²/2 возрастает. Потенциальная энергия превращается в кинетическую. Если сопротивлением воздуха можно пренебречь, то на сколько джоулей уменьшилась потенциальная энергия, на столько же увеличилась кинетическая, а их сумма (механическая энергия) остаётся постоянной. В начале падения (скорость равна нулю) вся энергия потенциальная, перед самым ударом о землю (h = 0) вся энергия кинетическая.

Падая, шарик теряет потенциальную энергию и приобретает кинетическую: к моменту удара вся механическая энергия шарика кинетическая. При ударе шарик и плита сжимаются (деформируются), скорость шарика уменьшается до нуля, а его кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию упругой деформации шарика и плиты. Затем тела восстанавливают форму, силы упругости разгоняют шарик вверх, и потенциальная энергия упругой деформации вновь превращается в кинетическую: шарик отскакивает от плиты. Поднимаясь, шарик замедляется: кинетическая энергия снова переходит в потенциальную энергию в поле тяжести. Часть механической энергии при ударе и полёте уходит на нагревание шарика, плиты и воздуха и на звук (стук), поэтому шарик поднимается не на ту же высоту, с которой падал, и каждый следующий отскок ниже предыдущего.

1) Качание маятника (качелей): в крайних положениях тело поднято выше всего и его потенциальная энергия наибольшая, а скорость равна нулю; при прохождении нижней точки потенциальная энергия наименьшая, а кинетическая наибольшая. 2. Тело, брошенное вертикально вверх: при подъёме кинетическая энергия переходит в потенциальную, при падении — наоборот. 3. Вода падает с плотины: потенциальная энергия воды превращается в кинетическую, которая вращает турбину гидроэлектростанции. 4. Колебания груза на пружине: энергия переходит между кинетической энергией груза и потенциальной энергией упруго деформированной пружины. 5. Натянутая тетива лука или сжатая пружина игрушечного пистолета: потенциальная энергия упругой деформации превращается в кинетическую энергию стрелы или шарика. 6. Маятник Максвелла: диск при падении раскручивается (потенциальная энергия переходит в кинетическую), а затем поднимается вверх (кинетическая переходит в потенциальную).

Можно взять два одинаковых стальных шара, подвешенных на нитях так, чтобы они едва касались друг друга. Отведём первый шар в сторону, подняв его на небольшую высоту, и отпустим. Шар, двигаясь вниз, приобретает кинетическую энергию и ударяет по второму шару. После удара первый шар останавливается, а второй отклоняется почти на ту же высоту, на какую был поднят первый. Значит, кинетическая энергия, которой обладал первый шар, передалась второму шару, а их общая механическая энергия почти не изменилась. Это показывает, что энергия не только превращается из одного вида в другой, но и передаётся от одного тела к другому. Другой опыт: на бильярдном столе или гладкой поверхности подвижный шар сталкивается с неподвижным таким же шаром — первый останавливается, второй начинает двигаться с прежней скоростью. Небольшое уменьшение высоты отклонения второго шара объясняется потерями на трение и сопротивление воздуха.

Механическая энергия системы тел, взаимодействующих только друг с другом и только силами тяготения и силами упругости, остаётся постоянной. Механическая энергия системы — это сумма кинетической и потенциальной энергии её тел. Для двух моментов времени закон записывается так: Eк1 + Eп1 = Eк2 + Eп2, где Eк1, Eп1 — кинетическая и потенциальная энергия системы в момент 1, а Eк2, Eп2 — в момент 2. Закон выполняется, если действием на систему посторонних тел (в том числе силами трения и сопротивления) можно пренебречь. В реальных процессах из-за трения механическая энергия уменьшается, но она не исчезает, а переходит в другую форму — внутреннюю энергию.