Как найти энергию по физике 8 класс

В физике рассматриваются всевозможные явления: механические, тепловые, световые, электрические и др.

Вы уже знакомы с некоторыми механическими явлениями. Такая физическая величина, как механическая энергия, показывает, какую работу может совершить тело. Она бывает двух видов: потенциальная и кинетическая.

Сможем ли мы использовать эти виды энергии для описания тепловых явлений? Или же нам будет недостаточно этих определений? На данном уроке мы рассмотрим превращение энергии и узнаем ответы на эти вопросы.

Кинетическая и потенциальная энергии

Вспомним определения:

Потенциальная энергия — это энергия , которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела.

Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает тело вследствие своего движения.

Любое тело, находящееся в движении, обладает кинетической энергией ($E_к = frac{mupsilon^2}{2}$). Примером может служить едущий по дороге автомобиль, бегущий человек, катящийся по дорожке шар для боулинга, летящая птица (рисунок 1).

Примером тела, обладающим потенциальной энергией, может служить сжатая или растянутая пружина, тетива лука, резинка (рисунок 2). В таком случае потенциальная энергия будет рассчитываться по формуле $E_п = frac{kx^2}{2}$.

Другим примером потенциальной энергии будет являться любое тело, поднятое над землей на какую-либо высоту (рисунок 3). В таком случае используется формула $E_п = mgh$).

Кинетическая и потенциальная энергии — это два вида механической энергии, и они могут превращаться друг в друга.

Превращение энергии

Рассмотрим простой опыт (рисунок 4).

У нас есть шар и плита из свинца. Поднимем шар на определенную высоту и отпустим (рисунок 4, а). Что будет происходить во время падения?

1. Высота подъема уменьшается — потенциальная энергия шара уменьшается
2. Увеличивается скорость — увеличивается кинетическая энергия шара

Значит, происходит превращение потенциальной энергии в кинетическую.

Шар достигает плиты и останавливается (рисунок 4, б). Его кинетическая и потенциальная энергии равны нулю. Механическая энергия превратилась в другую форму энергии.

Что это за энергия? При ударе о плиту шар приплюснулся, а на плите осталась вмятина. Произошла деформация двух тел. Измерение температуры шара и плиты после удара покажет нам, что они нагрелись. О чем это говорит?

1. Состояние тел изменилось — изменилась энергия частиц, из которых состоят тела
2. При нагревании увеличилась средняя скорость движения и средняя кинетическая энергия молекул
3. При деформации изменилось взаимное расположение молекул — изменилась их потенциальная энергия

Таким образом, механическая энергия шара перешла в энергию молекул.

Внутренняя энергия

Внутренняя энергия — это кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия.

$U = E_к + E_п$,

где $U$ — внутренняя энергия, $E_к$ — кинетическая энергия молекул тела, $E_п$ — потенциальная энергия молекул тела.

В нашем опыте (рисунок 4) механическое движение прекратилось, когда шар упал на плиту. Но усилилось тепловое движение его молекул. Так механическая энергия превращается во внутреннюю энергию шара.

Теперь мы знаем два вида энергии: механическая энергия и внутренняя энергия. При рассмотрении тепловых явлений мы будем учитывать только внутреннюю энергию (энергию молекул).

Свойства внутренней энергии

• Внутренняя энергия зависит от температуры тела, агрегатного состояния вещества, химических и ядерных реакций
• Внутренняя энергия тела не зависит от механического движения тела и положения этого тела относительно других тел

Например, если мы поднимем карандаш над столом, то мы не изменяем его внутреннюю энергию. Почему? Расстояние между молекулами у карандаша не изменяется — не изменяется потенциальная энергия молекул. Не изменяется его температура — не изменяется средняя кинетическая энергия его молекул.

• Любое тело при любых условиях обладает внутренней энергией

Таким образом, тело иногда может обладать и внутренней энергией, и механической. Примером будет служить любое движущееся тело, растянутая пружина, тело, поднятое на какую-то высоту. То есть, тело может не обладать механической энергией. Примером может послужить любое неподвижное тело на поверхности Земли. Но при этом такое тело обязательно будет иметь запас внутренней энергии.

В
физике есть несколько типов явлений, такие как механические, тепловые,
световые, электромагнитные и другие явления. Любое подобное явление
сопровождается затратами энергии. Известно, что существует два вида
механической энергии: кинетическая и потенциальная.

Кинетическая
энергия — это энергия движущегося тела. То есть, любой
движущийся объект обладает кинетической энергией. Это может быть  движущийся
автомобиль, идущий человек, бегущая собака и так далее. Кинетическая энергия
зависит от массы тела и от скорости его движения. Вычисляется кинетическая
энергия по следующей формуле:

Потенциальная
энергия является характеристикой взаимодействия нескольких тел в соответствии с
их расположением относительно друг друга. Например, любое
тело, поднятое над землей, обладает потенциальной энергией. Потенциальная
энергия зависит от массы тела и от высоты, на которую это тело поднято и
вычисляется по формуле:

Кроме
того, тело может обладать и тем и другим видом энергии одновременно. Скажем,
самолет, движется с определенной скоростью (а потому обладает кинетической
энергией) и летит на определенной высоте (а потому обладает потенциальной
энергией).

В
этом случае, полной энергией тела будет сумма потенциальной и кинетической
энергий: E = Е_к + Е_п.

Кинетическая
и потенциальная энергия могут превращаться друг в друга. Самый очевидный пример
— это свободное падение, при котором тело теряет высоту, но набирает скорость.
Допустим, мячик, держат, на начальной высоте h₀. Тогда он обладает потенциальной
энергией mgh₀ и нулевой скоростью. В этом случае кинетическая
энергия будет равна нулю.

Предположим,
мяч отпустили. В результате свободного падения тело переместилось в точку
соприкосновения с землей, и соответственно, на нулевую высоту. Теперь
потенциальная энергия равна нулю. Однако, при падении скорость мяча возросла от
нуля до v. Следовательно, его кинетическая энергия возросла до

Таким
образом, мяч потерял всю свою потенциальную энергию, но приобрел кинетическую,
хотя сначала не имел кинетической энергии, но обладал потенциальной.

Заметим,
однако, что после соприкосновения с землёй и нескольких отскоков, мячик остался
лежать на земле неподвижно. А это означает, что и кинетическую энергию он тоже
потерял. Ни в коем случае, нельзя делать из этого вывод, что энергия мяча
просто пропала. Если мы посмотрим внимательно, то увидим, что в момент удара
мяч немного сплюснулся, а потом снова приобрел исходную форму за счет своей
эластичности. Потом он подпрыгнул, но уже на высоту меньше, чем исходная. И так
до тех пор, пока полностью не остановился. Каждый раз при ударе, мячик
деформировался и возвращался к исходной форме. На это и была потрачена часть
механической энергии. Кроме того, если мы измерим температуру мяча, то
убедимся, что он немного нагрелся (также, как и участок поверхности, о которую
он ударялся). А, как мы помним из предыдущего урока, температура — это мера
кинетической энергии молекул.

Следовательно,
часть механической энергии превратилась во внутреннюю энергию мяча. Внутренняя
энергия тела складывается из механической энергии молекул: кинетической и
потенциальной.

Также,
как и в системе тел, энергия системы складывается из энергий каждого тела, в
теле внутренняя энергия складывается из энергии молекул:

Внутренняя
энергия тела зависит от температуры (так как температурой
описывается кинетическая энергия молекул) и агрегатного состояния вещества
(так как от него зависит расположение молекул относительно друг друга). Так мы
подошли к теме следующего урока: способы изменения внутренней энергии. Заметим,
тем не менее, что скорость самого тела никак не влияет на внутреннюю энергию,
также как и его положение, относительно других тел, не влияет, на расстояние
между молекулами.

Сколько стоит (4)-часовой просмотр телевизора, если его мощность равна (200) Вт?
Переводим данные единицы не в единицы СИ (ватты и секунды), а в единицы, в которых учитывается количество потреблённой электроэнергии (киловатты и часы).

P=200Вт=0,2кВтt=4чТариф=4,5руб/кВт⋅чСтоимость−?Стоимость=E⋅ТарифE=P⋅tСтоимость=P⋅t⋅ТарифСтоимость=0,2⋅4⋅4,5=3,6(руб.)

Чтобы определить количество потреблённой за месяц электроэнергии или совершённую током работу, необходимо:

1. Определить показания счётчика в начале и в конце месяца.
2. Разница показаний — количество потреблённой электроэнергии в течение месяца в киловатт-часах.
3. Полученное количество электроэнергии умножить на тариф.

Энергия — что это в физике, как понять на какую энергию задача, что такое закон сохранения энергии, кинетическая энергия, мощность, потенциальная энергия и формула мощности, формула работы все это мы с вами сейчас изучим. Это базовые понятия физики, которые разберем подробно.

Что такое энергия в физике

Энергия — скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие.

В механике есть два вида энергии: кинетическая энергия и потенциальная энергия. Их сумма называется полной механической энергией.

Энергия и работа

Энергия является мерой способности физической системы совершить работу, поэтому количественно энергия и работа выражаются в одних единицах (джоулях, [Дж]).

Механическая работа численно равна изменению механической энергии. Эту связь работы и энергии мы легко можем почувствовать на себе: например, если провести день очень активно, то к вечеру никаких сил и энергии не останется.

В механике принято считать, что работу по перемещению тела из одного положения в другое совершает сила. Работу силы можно вычислить по формуле:

A=F∙s∙cosα,

где F — сила, совершающая работу, [H];

S — перемещение тела, [м];

α — угол между направлением силы и направлением перемещения.

Если угол α острый, то работа силы положительна, если прямой, то работа равна нулю, если тупой, то работа отрицательна.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия — это энергия движения тела. Кинетическая энергия зависит только от скорости и от массы тела, и определяется формулой:

.

где m — масса тела, [кг],

v — скорость тела, [м/с].

Если тело покоится, его кинетическая энергия равна нулю.

Движущееся тело обладает способностью совершить работу. Например, шар для боулинга способен сбить все 10 кеглей.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия — это энергия взаимодействия тел или частей тела между собой или с внешними полями. Основной физический смысл имеет не само потенциальной энергии, а её изменение. Потенциальная энергия принимается равной нулю для некоторой конфигурации тел в пространстве, выбор которой определяется удобством дальнейших вычислений. Любая физическая система стремится к состоянию с наименьшей потенциальной энергией.

Корректное определение потенциальной энергии может быть дано только в поле сил, работа которых зависит только от начального и конечного положения тела, но не от траектории его. Такие силы называются консервативными (потенциальными).

Например, работа силы тяжести не зависит от траектории перемещения тела и равна mgh.

Закон сохранения энергии

Энергия замкнутой физической системы сохраняется. Замкнутой называется система, в которой действуют только консервативные силы.

Закон сохранения механической энергии

Общая сумма потенциальной и кинетической энергии тела остается неизменной, если действуют только силы упругости и тяготения, а сила трения отсутствует.

E_кин+E_пот=const

Потенциальная энергия в поле силы тяжести выражается формулой:

E_пот=mgh

где m — масса тела, [кг],

g — ускорение свободного падения, [Н/кг] или [м/c2].

h — высота положения тела над поверхностью, [м].

За нулевое положение тела может быть принято любое удобное нам положение в зависимости от условий, проводимых опыта и измерений. Это может быть поверхность пола, стола, Земли и так далее.

Закон сохранения энергии для математического маятника

Закон сохранения энергии в поле силы тяжести хорошо иллюстрируется движением математического маятника.

В положении 1 и 3 шарик находится в состоянии покоя на высоте h, его кинетическая энергия равна нулю, а потенциальная равна mgh. При переходе из положения 1 в положение 2 высота и потенциальная энергия уменьшаются, но зато скорость и кинетическая энергия увеличиваются, и в положении 2 кинетическая энергия максимальна и равна mv2/2, а потенциальная энергия минимальна и равна нулю.

Таким образом,

Поднятый над землей груз работы не совершает, но может совершить, если начнет падать вниз. Например, потенциальная энергия падающей воды может превратиться в механическую энергию жернова.

Потенциальная энергия пружины

Потенциальная энергия  характеризует взаимодействие между собой частей тела и приближённо выражается формулой:

где k — жёсткость деформированного тела, [Н/м],

Δx — смещение от положения равновесия.

Потенциальная энергия пружины равна нулю, когда пружина не растянута.

Сжатая пружина, распрямляясь, может совершить работу, например, поднять вверх небольшой груз.

Внутренняя энергия тела (обозначается как E или U) — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекул. Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую.