Основно съдържание

Физика – 11. клас (България)

Курс: Физика – 11. клас (България) > Раздел 2

Урок 9: Закон за запазване на енергията и мощност

Преговор върху запазване на енергията

Преговори ключовите концепции, формули и умения, свързани със за запазването на енергията, механичната енергия и неконсервативната работа.

Основни понятия

Термин (символ)	Значение
Закон за запазване на енергия	Общата енергия на изолирана система е постоянна. Енергията не се създава или разрушава, тя може само да преминава от един вид в друг или от една система в друга.
Механична енергия (E, start subscript, start text, m, end text, end subscript)	Сборът на кинетичната и потенциалната енергия. Международни мерни единици джаули (start text, J, end text).
Принцип за запазване на механичната енергия	Ако само консервативните сили извършват работа, механичната енергия на една система е постоянна при всеки процес.
Термална енергия	Вътрешна енергия, налична в системата поради температурата ѝ.
Неконсервативна работа (W, start subscript, start text, N, C, end text, end subscript)	Работа, извършена от неконсервативна сила. Пример е извършената работа от триенето, което произвежда термална енергия. Международни мерни единици джаули (start text, J, end text).

Формули

Уравнение	Разбор на символи	Значение в думи
E, start subscript, start text, m, end text, end subscript, equals, K, plus, U	E, start subscript, start text, m, end text, end subscript е механична енергия, K е кинетична енергия, U е потенциална енергия.	Общата механична енергия на една система е сборът от общата кинетична и общата потенциална енергия.
$\begin{aligned} K_0+U_0 &= K+U \\ &\text {или} \\ \Delta K + \Delta U &= 0\end{aligned}$	K, start subscript, 0, end subscript е начална кинетична енергия, U, start subscript, 0, end subscript е начална потенциална енергия, K е крайна кинетична енергия, U е крайна потенциална енергия, delta, K е промяна на кинетична енергия, а delta, U е промяната на потенциалната енергия.	Началната механична енергия на една система е равна на крайната механична енергия на системата, когато не е извършена работа от неконсервативни сили (принцип за запазване на механичната енергия).
$\begin{aligned} K_0+U_0+W_{\text{NC}} &= K+U \\ &\text {или} \\ W_{\text {NC}} &= \Delta K + \Delta U\end{aligned}$	K, start subscript, 0, end subscript е начална кинетична енергия, U, start subscript, 0, end subscript е начална потенциална енергия, K е крайна кинетична енергия, U е крайна потенциална енергия, delta, K е промяна на кинетичната енергия, delta, U е промяна на потенциалната енергия, а W, start subscript, start text, N, C, end text, end subscript е работата от неконсервативните сили.	Промяната на механичната енергия на една система е равна на общата работа, извършена върху системата от всички неконсервативни сили.

Как да запишем уравнението за запазване на енергията

Уравнение за запазване на енергията

K, start subscript, 0, end subscript, plus, U, start subscript, 0, end subscript, plus, W, start subscript, start text, N, C, end text, end subscript, equals, K, plus, U

е винаги вярно при всякакви сценарии. Но уравнението за запазване може да изглежда различно в зависимост от задачата, понеже може да са включени различни сили и видове енергии. За да запишем правилното уравнение за запазване на енергията:

Чертаем схема на сценария, записваме известната ни информация и идентифицираме системата. Не забравяй, че потенциалната енергия и работата, извършена от триенето, трябва да включват две тела.
Реши къде ще са началното и крайното местоположения за анализиране на запазването на енергия, като включим търсеното неизвестно в едно от местоположенията ни и цялата известна информация в другото местоположение. Отбелязване на кинетичните и потенциалните енергии в тези две точки.
Поставяме по-ниската от двете позиции да е местоположението с височина нула. Това елиминира члена за потенциална енергия в това местоположение и опростява уравнението ни за запазване на енергията.
Ако няма неконсервативни сили като триене, тогава използваме запазването на механична енергия:

K, start subscript, 0, end subscript, plus, U, start subscript, 0, end subscript, equals, K, plus, U

Или ако има неконсервативни сили, тогава включи W, start subscript, start text, N, C, end text, end subscript с крайните енергии:

K, start subscript, 0, end subscript, plus, U, start subscript, 0, end subscript, equals, K, plus, U, plus, W, start subscript, start text, N, C, end text, end subscript

Съкрати всеки член за енергията, който е нула, за да опростиш уравнението. Например, ако системата няма движение в началната или крайната позиция, махни членовете за кинетичната енергия от уравнението.

Чести грешки и погрешни разбирания

Уравнението за запазване на енергия сравнява само енергията на системата в крайната и началната точка във времето. Може да има различни комбинации енергия между тези две точки, но уравнението, което използваме, се занимава само с крайната и началната енергия.

Например помисли за пускането на топка на пружина (виж фигура 1 по-долу). За системата пружина-маса-Земя можем да анализираме енергията от момента на пускане на топката (вляво) до точката, в която топката е в най-ниската точка на пружината (вдясно). Започва се изцяло с гравитационна потенциална енергия, преминава към комбинация от кинетична и гравитационна потенциална енергия, докато топката пада, и в края имаме само възстановителна потенциална енергия.

Уравнението за запазване на енергия за системата топка-пружина-Земя от точката на пускане и позицията на максимална компресия на пружината е

U, start subscript, start text, g, comma, 0, end text, end subscript, equals, U, start subscript, start text, s, end text, end subscript

Въпреки че топката се движи по време на падането, топката няма кинетична енергия в началната и крайната точка.

Фигура 1. Енергийни трансформации на топка, пусната на пружина.

Хората погрешно смятат, че енергията на едно тяло е постоянна. Общата енергия на Вселената е постоянна, но енергията може да бъде прехвърляне между системи, които дефинираме във Вселената. Ако една система получи енергия, друга система трябва да е изгубила енергия, за да се запази общата енергия във Вселената.

Пример за това е да бутнеш приятел с шейна. Приятелят ти в началото е в покой, но след бутането има кинетична енергия. Силата ти на бутане е прехвърлила енергия към приятеля ти.

Научи повече

За по-задълбочени обяснения за законите за запазване на енергията виж видеото ни за законите за запазване на енергия и диаграмите на енергията.

За да провериш знанията си и да усъвършенстваш тези концепции, виж упражненията ни за прогнозиране на промени на енергията и използване на запазването на енергия, за да намерим числово някоя неизвестна.

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

Все още няма публикации.

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.