Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Применение — закон — сохранение — энергия

Применение закона сохранения энергии является мощным методом для решения широкого круга проблем, ввиду чего энергия является одним из фундаментальных понятий физики. Поэтому для учащихся очень важно усвоить как само понятие энергии, так и закон ее сохранения. [1]

Применение закона сохранения энергии и, в частности, первого начала термодинамики охватывает все разделы физики. Ценность его для науки заключается в исключительной предсказательной силе. [2]

Применение законов сохранения энергии и числа частиц позволяет выяснить нек-рые общие требования, предъявляемые к термоядерному реактору, не зависящие в первом приближении от к. [3]

Применение закона сохранения энергии к ядерным процессам позволило, как уже говорилось в конце § 7.3, экспериментально проверить справедливость одного из фундаментальных законов теории относительности — закона взаимосвязи массы и энергии. [4]

Применение закона сохранения энергии и, в частности, первого начала термодинамики охватывает все разделы физики. Ценность его для науки заключается в исключительной предсказательной силе. [5]

Применение закона сохранения энергии к специальным системам следует рассматривать как баланс энергии, при этом учитывается энергия, сообщаемая системе, отводимая от нее и накапливаемая внутри системы при протекании того или иного процесса. [6]

При применении закона сохранения энергии следует учитывать только энергию Ее, полученную электроном, так как энергией, полученной кристаллической решеткой, можно пренебречь вследствие того, что масса ее несоизмеримо больше массы и электрона и фотона. [7]

Задачи на применение закона сохранения энергии в механике решают по следующему плану: делают схематический чертеж; выбирают уровень отсчета потенциальной энергии; изображают на чертеже силы, действующие на тела, скорости тел и высоты тел над уровнем отсчета потенциальной энергии в начальном и конечном положениях. [8]

Однако при применении законов сохранения энергии и импульса к элементарному акту взаимодействия возникает противоречие: легко показать, что одна свободная частица не может испустить или поглотить другую ( сохраняя свою массу покоя) без нарушения законов сохранения энергии и импульса. [9]

Таким образом, применение закона сохранения энергии следует ограничить системами, склерономными как в отношении силовой функции, так и в отношении кинематических условий. Кроме того, наш вывод неявно предполагает, что массы т / t — константы. [10]

Показать, что применение законов сохранения энергии и количества движения к упругому центральному удару позволяет определить конечные скорости, не зная сил взаимодействия. Применение этого метода иллюстрируется на примере открытия нейтрона Чадвиком. [11]

Эта задача иллюстрирует применение закона сохранения энергии к движению заряженных частиц в постоянном поле. Один из способов решения данной задачи заключается в следующем. [12]

Очевидно, что применение закона сохранения энергии к переходу из начального состояния в точку отрыва даст в явном виде связь между скоростью тела и высотой рассматриваемой точки. [13]

В качестве примера применения законов сохранения энергии и импульса к описанию движения системы рассмотрим центральные удары ( столкновения) двух шаров. [14]

Данная глава посвящена применению закона сохранения энергии , служащего первым началом термодинамики, к изучению некоторых свойств газов. [15]

www.ngpedia.ru

Когда применяется закон сохранения энергии

1.20. Закон сохранения механической энергии

Если тела, составляющие замкнутую механическую систему , взаимодействуют между собой только посредством сил тяготения и упругости, то работа этих сил равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел (см. §1.19):

или

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой посредством сил тяготения и сил упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах . Он является следствием законов Ньютона. Сумму E = E k + E p называют полной механической энергией . Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

Пример применения закона сохранения энергии – нахождение минимальной прочности легкой нерастяжимой нити, удерживающей тело массой m при его вращении в вертикальной плоскости (задача Х. Гюйгенса). Рис. 1.20.1 поясняет решение этой задачи.

Закон сохранения энергии для тела в верхней и нижней точках траектории записывается в виде:

Обратим внимание на то, что сила натяжения нити всегда перпендикулярна скорости тела; поэтому она не совершает работы.

При минимальной скорости вращения натяжение нити в верхней точке равно нулю и, следовательно, центростремительное ускорение телу в верхней точке сообщается только силой тяжести:

Из этих соотношений следует:

Центростремительное ускорение в нижней точке создается силами и направленными в противоположные стороны:

Отсюда следует, что при минимальной скорости тела в верхней точке натяжение нити в нижней точке будет по модулю равно

Прочность нити должна, очевидно, превышать это значение.

Очень важно отметить, что закон сохранения механической энергии позволил получить связь между координатами и скоростями тела в двух разных точках траектории без анализа закона движения тела во всех промежуточных точках. Применение закона сохранения механической энергии может в значительной степени упростить решение многих задач.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.

Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется . Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую.

Этот экспериментально установленный факт выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения и превращения энергии .

Одним из следствий закона сохранения и превращения энергии является утверждение о невозможности создания «вечного двигателя» (perpetuum mobile) – машины, которая могла бы неопределенно долго совершать работу, не расходуя при этом энергии (рис. 1.20.2).

История хранит немалое число проектов «вечного двигателя». В некоторых из них ошибки «изобретателя» очевидны, в других эти ошибки замаскированы сложной конструкцией прибора, и бывает очень непросто понять, почему эта машина не будет работать. Бесплодные попытки создания «вечного двигателя» продолжаются и в наше время. Все эти попытки обречены на неудачу, так как закон сохранения и превращения энергии «запрещает» получение работы без затраты энергии.

physics.ru

Закон сохранения энергии

Предмет: Физика

Класс: 10

Тема: «Закон сохранения энергии»

Проблемный вопрос: Как закон сохранения энергии может пригодиться нам в жизни?

Цели: Изучение закона сохранения энергии и получение сведений о его применимости в науке и жизни.

Задачи:

  1. Создать условия для формирования умений, обеспечивающих самостоятельное успешное применение закона сохранения механической энергии в жизни.
  2. Провести опыты, помогающие выяснить, значение закона сохранения энергии в нашей жизни.

Гипотеза: Знание закона сохранения энергии может пригодиться школьникам при решении задач по физике и инженерам на производстве.

Этапы:

  1. Изучение литературы, поиск информации в интернете
  2. Проведение эксперимента
  3. Результаты исследований
  4. Выводы

I. Изучая различную литературу и информацию в интернете, мы узнали:

При взаимодействиях тел, образующих замкнутую систему: если несколько тел взаимодействуют между собой только силами тяготения и силами упругости и никакие внешние силы на них не действуют, то при любых взаимодействиях тел работа сил упругости или сил тяготения равна изменению потенциальной энергии тел, взятому с противоположным знаком:

. (1)

Вместе с тем по теореме о кинетической энергии работа тех же сил равна изменению кинетической энергии:

. (2)

Из сравнения равенств (1) и (2) видно, что изменение кинетической энергии тел в замкнутой системе равно по абсолютному значению изменению потенциальной энергии системы тел и противоположно ему по знаку:

. (3)

II. Мы нашли простые иллюстрации закона сохранения энергии:

Суммарно потенциальная и кинетическая энергия системы тел составляют полную механическую энергию для этой системы тел.Механическая энергия широко известна Человеку с древнейших времен и применяется в таких устройствах, как: стрела, копье, нож, топор, праща, баллиста, повозка, маятник, журавль, ветряная мельница, водяное колесо, парус, гончарный круг, часы, и другие самые разнообразные механизмы…Приведем примеры наиболее распространенных и используемых источников механической энергии:ветер, течение рек, приливы и отливы морей и океанов, сельскохозяйственные животные, и сам человек.Зачастую механическая работа используется как промежуточный этап при выработке электроэнергии. Преобразование механической энергии в электрическую энергию осуществляется генераторами тока. В генераторе происходит превращение вращательного движения вала в электричество. Для вращения вала применяют следующие источники механической энергии: течение рек, океанские и морские приливы-отливы, ветер.Однако основное количество генераторов тока по-прежнему работает на тепловых станциях. Здесь химическая энергия ископаемого топлива преобразуется в тепловую энергию пара, которая затем превращается в электрическую энергию тока – универсальный стандарт, удобный для использования и передачи на большие расстояния.

    1. Рассмотрим закон сохранения механической энергии на примере колебаний нитяного маятника :


    IV. Анализ результатов и выводы:

    1. Проведя эксперименты, мы изучили закон сохранения энергии и выявили возможные его применения в повседневной жизни.
    2. Энергия тела никогда не исчезает и не появляется вновь: она лишь превращается из одного вида в другой.
    3. Полностью внутреннюю энергию нельзя превратить в механическую.
    4. Закон сохранения энергии используется не только инженерами, но и в нашей повседневной жизни: наиболее распространенных и используемых источников энергии можно встретить в таких явлениях,как :ветер, течение рек, приливы и отливы морей и океанов.
    5. Мы выяснили, что школьники решая задачи на закон сохранения энергии, могут лучше понять, как применять его в жизни.

    Дополнительные материалы:

    iteach.vspu.ru

    Объединение учителей Санкт-Петербурга

    Основные ссылки

    Закон сохранения энергии.

    Закон сохранения механической энергии.

    Сумма кинетической и потенциальной энергий системы тел называется полной механической энергиейсистемы.

    E = Ep + Ek

    Учитывая, что при совершении работы A = ΔEk и, одновременно, A = — ΔEp, получим: ΔEk = — ΔEp или Δ(Ek + Ep)=0 — изменение суммы кинетической и потенциальной энергий (т.е. изменение полной механической энергии) системы равно нулю.

    Значит, полная энергия системы остается постоянной:

    E = Ep + Ek = const. В замкнутой системе, в которой действуют только консервативные силы, механическая энергия сохраняется. (Или: полная механическая энергия системы тел, взаимодействующих силами упругости и гравитации, остается неизменной при любых взаимодействиях внутри этой системы).

    E = Ep + Ek = const

    Например, для тела, движущегося под действием силы тяжести (падение; тело, брошенное под углом к горизонту, вертикально вверх или движущееся по наклонной плоскости без трения): .

    Работа силы трения и механическая энергия.

    Если в системе действуют силы трения (сопротивления), которые не являются консервативными, то энергия не сохраняется. При этом E1 E2 = Aтр. Т.е. изменение полной механической энергии системы тел равно работе сил трения (сопротивления) в этой системе. Энергия изменяется, расходуется, поэтому такие силы наз.диссипативными (диссипация — рассеяние).

    E1 E2 = Aтр

    Т.о. механическая энергия может превращаться в другие виды энергии, напр., во внутреннюю(деформация взаимодействующих тел, нагревание).

    Столкновения тел.

    З-н сохранения и превращения механической энергии применяется, например, при изучении столкновений тел. При этом он выполняется в системе с з-ном сохранения импульса. Если движение происходит так, что потенциальная энергия системы остается неизменной, то может сохраняться кинетическая энергия.

    Удар, при котором сохраняется механическая энергия системы, наз. абсолютно упругим ударом.

    Удар, при котором тела движутся после столкновения вместе, с одинаковой скоростью, наз. абсолютно неупругим ударом (при этом механическая энергия не сохраняется).

    Удар, при котором тела до соударения движутся по прямой, проходящей через их центр масс, наз. центральным ударом.

    www.eduspb.com

    I. Механика

    Тестирование онлайн

    Закон сохранения энергии

    Полная механическая энергия замкнутой системы тел остается неизменной

    Закон сохранения энергии можно представить в виде

    Если между телами действуют силы трения, то закон сохранения энергии видоизменяется. Изменение полной механической энергии равно работе сил трения

    Рассмотрим свободное падение тела с некоторой высоты h1. Тело еще не движется (допустим, мы его держим), скорость равна нулю, кинетическая энергия равна нулю. Потенциальная энергия максимальная, так как сейчас тело находится выше всего от земли, чем в состоянии 2 или 3.

    В состоянии 2 тело обладает кинетической энергией (так как уже развило скорость), но при этом потенциальная энергия уменьшилась, так как h2 меньше h1. Часть потенциальной энергии перешло в кинетическую.

    Состояние 3 — это состояние перед самой остановкой. Тело как бы только-только дотронулось до земли, при этом скорость максимальная. Тело обладает максимальной кинетической энергией. Потенциальная энергия равна нулю (тело находится на земле).

    Полные механические энергии равны между собой , если пренебрегать силой сопротивления воздуха. Например, максимальная потенциальная энергия в состоянии 1 равна максимальной кинетической энергии в состоянии 3.

    А куда потом исчезает кинетическая энергия? Исчезает бесследно? Опыт показывает, что механическое движение никогда не исчезает бесследно и никогда оно не возникает само собой. Во время торможения тела произошло нагревание поверхностей. В результате действия сил трения кинетическая энергия не исчезла, а превратилась во внутреннюю энергию теплового движения молекул.

    При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает, а только превращается из одной формы в другую.

    Главное запомнить

    1) Суть закона сохранения энергии

    Общая форма закона сохранения*

    Общая форма закона сохранения и превращения энергии имеет вид

    Изучая тепловые процессы, мы будем рассматривать формулу
    При исследовании тепловых процессов не рассматривается изменение механической энергии, то есть

    В механике процессы теплопередачи не принимают во внимание, то есть . Если рассматривается физическая система замкнутая, то , получим . А если в замкнутой системе действуют только консервативные силы, то и приходим к формулировке: полная механическая энергия замкнутой системы тел, в которой действуют только консервативные силы, сохраняется.

    fizmat.by

    Смотрите еще:

    • Договор купли продажи ооо бланк Договор купли-продажи доли в ООО: образец Согласно Федеральному закону от 08.02.1998 N 14-ФЗ "Об обществах с ограниченной ответственностью", участник общества вправе продать или осуществить отчуждение иным образом своей доли или части доли в уставном капитале общества одному или нескольким участникам […]
    • Как проверить есть ли дело в суде Как узнать подали ли на меня в суд исковое заявление? Добрый день, позвонил сегодня человек представился специалистом по производственным делам уверял что ОТП банк подал на меня ИСК в Кировский суд, что сегодня прения сторон. По моей задолженности, сказал что срок есть до 24 мая что бы забрать дело. Как я […]
    • 624 приказ проектирование Учредители ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОНТРОЛЬ Федеральная служба по экологическому, технологическому и атомному надзору (РОСТЕХНАДЗОР) Адрес: 105066, г. Москва, ул. А. Лукьянова, д. 4, стр. 1 Тел.: (495) 647-60-81 Факс: (495) 645-89-86 Электронная почта: rostehnadzor@gosnadzor.ru Режим работы: […]
    • Прием увольнение унифицированная форма Приказ о приеме на работу (бланк и образец) Обновление: 3 марта 2017 г. ​Образец заполнения приказа о приеме на работу Оформление трудоустройства работника должно подчиняться строгой процедуре, установленной трудовым законодательством. Издание приказа о приеме на работу — важнейший ее этап. Рассмотрим, […]
    • Образец договора залога земельного участка между физическими лицами ДОГОВОР залога (ипотеки) земельного участка залога (ипотеки) земельного участка "___"_________ ____ г. _____________________________, именуемый в дальнейшем "Залогодержатель", в лице __________________________, действующ__ на основании ___________, с одной стороны, и _____________, именуем__ в дальнейшем […]
    • Пенсии по возрасту 80 лет ЧТО ВАЖНО ЗНАТЬ О НОВОМ ЗАКОНОПРОЕКТЕ О ПЕНСИЯХ Подписка на новости Письмо для подтверждения подписки отправлено на указанный вами e-mail. 28 июля 2017 При достижении 80-летнего возраста пенсия автоматически увеличивается на сумму базового размера фиксированной выплаты. Прибавка положена со дня рождения […]