Реферат на тему:

Закон сохранения энергии

Содержание

Введение…………………………………………………………………….……3

Механическая энергия…………………………………………………..……..4

Кинетическая энергия…………………………………………………….…….4

Потенциальная энергия тела вблизи поверхности Земли…………….…….5

Потенциальная энергия деформированной пружины……………..………….7

Закон сохранения механической энергии…………………………….………8

Закон изменения механической энергии…………………………………...…..9

Значение законов сохранения в механике……………………….………….10

Заключение…………………………………..……………………………….…11

Список использованной литературы…………………...……………………..12

Введение

Механическая энергия - величина, которую мы встречаем в повседневной жизни почти ежедневно. Это энергия движения и взаимодействия тел и частей, из которых состоят эти тела. Иными словами, если отсутствуют диссипативные силы, то механическая энергия из ничего не возникнет и потом никуда не исчезнет.

Полная механическая система тел это не что иное, как суммарно потенциальная и кинетические энергии данных тел. Человечеству еще с древних времен известна механическая энергия. Механическая энергия применяется в таких древних механизмах, как: копье, топор, нож, стрела, маятник, ветряная мельница, парус, водяное колесо, часы и другие механизмы.

Наиболее распространенными и боле всего используемыми источниками механической энергии являются: течение на реках, ветер, отливы и приливы океанов и морей, животные и даже сам человек.

В повседневной жизни  при выработке электроэнергии механическая работа зачастую используется в качестве промежуточного этапа. С помощью генераторов тока осуществляется преобразование механической энергии в энергию электрическую.  По сути, движение вращения вала генератора преобразовывается в электричество. Для того чтобы происходило вращение вала обычно применяют такие источники механической энергии: морские и океанские приливы-отливы, течение рек, ветер.

Несмотря на это, по-прежнему основное количество генераторов тока работает на тепловых станциях. Здесь происходит преобразование химической энергии ископаемого топлива в тепловую энергию пара. После этого тепловая энергия пара преобразовывается в электрическую энергию тока. Такой себе универсальный стандарт, который является наиболее удобным для использования и, тем более, для передачи на большие расстояния.

Механическая энергия

Энергия является мерой движения и взаимодействия любых объектов в природе. Имеются различные формы энергии: механическая, тепловая, электромагнитная, ядерная.

Опыт показывает, что энергия не появляется ниоткуда и не исчезает бесследно, она лишь переходит из одной формы в другую. Это самая общая формулировка закона сохранения энергии.

Каждый вид энергии представляет собой некоторое математическое выражение. Закон сохранения энергии означает, что в каждом явлении природы определённая сумма таких выражений остаётся постоянной с течением времени.

Размерность энергии совпадает с размерностью работы: .

Механическая энергия является мерой движения и взаимодействия механических объектов (материальных точек, твёрдых тел).

Механическая энергия состоит из потенциальной энергии (для тел в состоянии покоя) и кинетической энергии (для тел, находящихся в движении).

Механическая энергия
Кинетическая (энергия движения)	Потенциальная (энергия взаимодействия; положения, поскольку величина взаимодействия зависит от положения тел)

Мерой движения тела является кинетическая энергия. Она зависит от скорости тела. Мерой взаимодействия тел является потенциальная энергия. Она зависит от взаимного расположения тел.

Механическая энергия системы тел равна сумме кинетической энергии тел и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

 Изменение кинетической энергии тела равно работе, совершённой приложенными к телу внешними силами за рассматриваемый промежуток времени.

Если работа внешних сил положительна, то кинетическая энергия увеличивается (, тело разгоняется).

Если работа внешних сил отрицательна, то кинетическая энергия уменьшается (, тело замедляет движение). Пример - торможение под действием силы трения, работа которой отрицательна.

Если же работа внешних сил равна нулю, то кинетическая энергия тела за это время не меняется. Нетривиальный пример - равномерное движение по окружности, совершаемое грузом на нити в горизонтальной плоскости. Сила тяжести, сила реакции опоры и сила натяжения нити всегда перпендикулярны скорости, и работа каждой из этих сил равна нулю в течение любого промежутка времени. Соответственно, кинетическая энергия груза (а значит, и его скорость) остаётся постоянной в процессе движения.

Потенциальная энергия тела вблизи поверхности Земли

Рассмотрим тело массы m, находящееся на некоторой высоте над поверхностью Земли. Высоту считаем много меньше земного радиуса. Изменением силы тяжести в процессе перемещения тела пренебрегаем.

Высоту не обязательно отсчитывать от поверхности Земли. Физическим смыслом обладает не сама по себе потенциальная энергия, но её изменение. А изменение потенциальной энергии не зависит от уровня отсчёта. Выбор нулевого уровня потенциальной энергии в конкретной задаче диктуется исключительно соображениями удобства.

Найдём работу, совершаемую силой тяжести при перемещении тела. Предположим, что тело перемещается по прямой из точки P, находящейся на высоте h₁, в точку Q, находящуюся на высоте h₂ .

A=mg(h1-h2)

Работа силы тяжести не зависит от формы траектории, по которой перемещается тело, и равна разности значений потенциальной энергии в начальной и конечной точках траектории. Иными словами, работа силы тяжести всегда равна изменению потенциальной энергии с противоположным знаком. В частности, работа силы тяжести по любому замкнутому пути равна нулю.

Сила называется консервативной, если при перемещении тела работа этой силы не зависит от формы траектории, а определяется только начальным и конечным положением тела. Сила тяжести, таким образом, является консервативной. Работа консервативной силы по любому замкнутому пути равна нулю. Только в случае консервативной силы возможно ввести такую величину, как потенциальная энергия.

Потенциальная энергия деформированной пружины

Рассмотрим пружину жёсткости k. Начальная деформация пружины равна x₁. Предположим, что пружина деформируется до некоторой конечной величины деформации x₂. Чему равна при этом работа силы упругости пружины?

В данном случае силу на перемещение не умножишь, так как сила упругости меняется в процессе деформации пружины. Для нахождения работы переменной силы требуется интегрирование. Мы не будем приводить здесь вывод, а сразу выпишем конечный результат.

Оказывается, сила упругости пружины также является консервативной. Её работа зависит лишь от величин x₁ и x₂ и определяется формулой:

.

Величина

,

называется потенциальной энергией деформированной пружины (x - величина деформации).

Следовательно,

Закон сохранения механической энергии

В 40-х годах XIX в. трудами Р. Майера, Г. Гельмгольца и Дж. Джоуля (в разное время и независимо друг от друга) был доказан закон сохранения и превращения энергии.

Джоуль Джеймс Прескотт (1818–1889) – английский физик, один из первооткрывателей закона сохранения энергии. Первые уроки по физике ему давал Дж. Дальтон, под влиянием которого Джоуль начал свои эксперименты. Работы посвящены электромагнетизму, кинетической теории газов.

Консервативные силы называются так потому, что сохраняют механическую энергию замкнутой системы тел.

Механическая энергия E тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергий:

.

Механическая энергия системы тел равна сумме их кинетических энергий и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

Закон сохранения механической энергии. Если в замкнутой системе действуют только консервативные силы, то механическая энергия системы сохраняется.

При этих условиях могут происходить лишь превращения энергии: из кинетической в потенциальную и наоборот. Общий запас механической энергии системы остаётся постоянным.

Закон изменения механической энергии

Если между телами замкнутой системы имеются силы сопротивления (сухое или вязкое трение), то механическая энергия системы будет уменьшаться. Так, автомобиль останавливается в результате торможения, колебания маятника постепенно затухают и т. д. Силы трения неконсервативны: работа силы трения очевидным образом зависит от пути, по которому перемещается тело между данными точками. В частности, работа силы трения по замкнутому пути не равна нулю.

При движении тела в поле силы тяжести и/или на пружине изменение механической энергии тела равно работе силы трения. Так как работа силы трения отрицательна, изменение механической энергии также отрицательно: механическая энергия убывает.

Закон изменения механической энергии. Изменение механической энергии замкнутой системы равно работе сил трения, действующих внутри системы.

Ясно, что закон сохранения механической энергии является частным случаем данного утверждения.

Конечно, убыль механической энергии не противоречит общефизическому закону сохранения энергии. В данном случае механическая энергия превращается в энергию теплового движения частиц вещества и их потенциальную энергию взаимодействия друг с другом, т. е. переходит во внутреннюю энергию тел системы.

Значение законов сохранения в механике

Важная роль законов сохранения обусловлена рядом причин:

1. Законы сохранения не зависят ни от траектории частиц, ни от характера действующих сил. Поэтому они позволяют получить ряд весьма общих и существенных заключений о свойствах различных механических процессов, не вникая в их детальное рассмотрение, с помощью уравнений движения. Если, например, выясняется, что какой-то процесс противоречит законам сохранения, то сразу можно утверждать: этот процесс невозможен, и бессмысленно пытаться его осуществить.

2. Тот факт, что законы сохранения не зависят от характера действия сил, позволяет использовать их даже тогда, когда силы вообще не известны. В этих случаях законы сохранения являются единственным и незаменимым инструментом исследования.

3. Привлечение законов сохранения очень часто позволяет получить решение наиболее простым и изящным путём, избавляет от громоздких и утомительных расчётов.

Заключение

Энергия является мерой движения и взаимодействия любых объектов в природе. Имеются различные формы энергии: механическая, тепловая, электромагнитная, ядерная.

Мерой движения тела является кинетическая энергия. Она зависит от скорости тела. Мерой взаимодействия тел является потенциальная энергия. Она зависит от взаимного расположения тел.

Закон сохранения энергии - фундаментальный закон природы, заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени. Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то его можно именовать не законом, а принципом сохранения энергии.

Формулировка закона сохранения и превращения энергии: во всех явлениях, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает. Она только превращается из одного вида в другой, при этом ее значение сохраняется.

Список использованной литературы

1. Элементарный учебник физики ./Под. Ред. Г.С.Ландсберга. – М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. – ТТ.1-3.

2. Кабардин О.Ф. Физика. Справочные материалы: Учебное пособие для учащихся. – М.: Просвещение, 1991.

3. Яворский Б.М., Детлаф А.А. Физика для школьников старших классов и поступающих в вузы. – М.: Дрофа, 2001.

4. Перельман Я.И. Занимательная физика. – М.: Наука, Кн. 1-2.