Энергия

сегодня последний урок по программе 7 класса мы его посвятим теме которая звучит так тему энергия . потенциальная и кинетическая энергия . превращение энергии при вращении энергии домашнее задание хоть это и последний урок хоть вы уже написали теме строго контрольную работу но вдруг вам захочется позаниматься физикой вспом последний урок тогда домашнее задание такое конспект то что мы сегодня напиши нарисуем далее по перышки на параграфы целых три 62-64 и по кирику для 7 класса задача с номерами номер 1 2 4 5 6 все это задачи б то есть один b2b и так далее 6b достаточного уровня на странице 84 на странице 80 это не на завтра это на любой день когда вы захотите сделать домашнее задание но вообще то советую сделать это ближайшее время ну а теперь слово энергия очень модное слово так это слово имеет множество применений в областях не имеющих никакого отношения к физике например мы с вами закончили первый год учебы в ришельевском лицее это потребовало от нас огромной энергии то есть это была огромная работа учиться в лице и насколько успешно об этом говорят наши а центр многие из вас очень шумные очень буйное вот например иногда приходится делать замечания тем кто не может никак усидеть на месте говорит сколько же в нем энергии какой-то энергичный человек так иногда можно услышать вот в этом месте скопления космической энергии поэтому тут очень полезно находиться что же такое энергия все что я говорил это бытовое использование этого слова в физике у энергии есть совершенно четкое определение вот смотрите мы совершаем работу различные простые механизмы совершают работу человек совершает работу так но для того чтобы совершить работу что-то нужен например для того чтобы я мог таскать грузы меня нужного ну просто покормить для начала да для того чтобы это гиря могла расколоть or орех не достаточно просто положить гирю на этот орех а вот нужно ее поднять и тогда если мы уроним эту гирю то гиря может расколоть орех упав на этот орех значит гиря которая находится на орехи и они способны провести совершить работу пора скалыванию ореха егеря которая поднята они обладают они находятся в разных состояниях в этом состоянии она не способна совершить работу а в этом состоянии она способна совершить работу пора скалыванию ореха значит о теле или о системе тел говорят что они обладают энергией если они способны совершить работу давайте так и запишем если тело и не система тел если тело или система тел способны совершить работу если тело или система тела способны совершить работу то говорят что они обладают энергией то говорят что они обладают энергией если тело или система тел способны совершить работу то говорят что они обладают энергией по говорят что они обладают энергии то есть энергия то физическая величина характеризующая способность тела совершать работу если мы вводим новую физическую величину мы обычно договариваемся о том какой буквы мы и будем обозначать энергию мы с вами будем обозначать буквой е если тело способна совершать работу то есть если тело обладает энергией то как вы думаете в каких единицах должна измеряться способность тела совершить работу в джоулях почему потому что работа измеряется в джоулях то есть энергия измеряется в тех же единицах в каких измеряется работа а раз так то мы можем записать единицы измерения энергии в международной системе джоулях сегодня мы с вами познакомимся с несколькими видами энергии и некоторые из этих видов даже научимся вычислять давайте рассмотрим такой пример допустим у вас есть часы но не такие электронные и механические наручные для того вот такие как у тебя да сейчас это модно механические часы что ты делаешь по утрам с ними ты их заводишь а что в это время происходит ты там скручивая сжимаешь пружину значит если пружина сжата то она способна совершать работу по приведению в действие механизма часов следовательно сжатая пружина обладает энергией эта энергия уменьшается по мере того как пружина распрямляется но зато при этом происходит совершение работы то есть совершение работы сопровождается изменением энергии в частности уменьшением энергии она расходуется на приведение в действие механизма пружин другой пример не обязательно это должна быть пружина которая скручивается это может быть пружина которая просто зажата ну например вот есть динамометр так здесь есть пружина если я ее растягиваю я совершаю работу так ведь и потому что перемещается конец пружины и я прикладываю какую-то силу как вычислить энергию пружины мы научимся в 9 классе но пока что мы понимаем что растянутая или сжатая пружина обладает энергией раз так она может совершить работу но эту работу можно использовать по разному я например могу использовать эту работу для того чтобы например толкнуть вот этот кусочек мела не тот не попал ну хорошо сейчас мы вот так вот заправим вот и вот кусочек мела приведен в движение за счет энергии запасенной в пружине можно другие примеры привести возьмем например ходики знаете что такое ходики ходики уже не знаете на кухне раньше висели часы с маятником которые приводились в движение поднятой гирей часы с маятником ходики там бывает еще кукушка часто вот часы циферблат а с этой стороны на цепочке гиря когда это гиря об опускается до самого конца часы останавливаются тут второй конец цепочки он обычно на гвоздике вот так значит когда гири опускается то за счет работы силы тяжести приводится в действие механизм часов значит поднятая гиря обладает энергией эта энергия используется для совершения работы по приведению действия механизма вот таких вот часов ходиков да я маятник еще должен тут нарисовать вот маятник колеблется часы тикают скажите пожалуйста если бы вот эти ходики мы с вами разместили где-то в космосе могли бы они идти нет почему потому что пружин потому что не было бы веса у этой гири так а за счет чего возникает вес что действует на гирю сила тяжести и сила тяжести это ведь сила с которой земля вот на гирю значит если бы было только гиря и не было земли то тогда гири не обладала бы энергии значит энергия которая обладает гиря это энергия взаимодействия гири с землей не было бы земли не было бы энергии и так тот вид энергии с которым мы сейчас вот познакомились это энергия взаимодействия 1 те лагере с другим телом зим даром в нашем случае скажите пожалуйста а вот когда мы скручиваем пружину в наручных часах или в какой-то детской игрушки что там взаимодействует саша сама с собой взаимодействует отчасти пружины взаимодействуют друг с другом если мы пользуемся пружиной то она сила упругости возникают вследствие деформации то есть отдельные части пружины взаимодействуют друг с другом и вот энергия взаимодействия тела или частей одного тела носит название потенциальная энергия потенциальная энергия сейчас мы запишем определение потенциальной энергией называется энергия взаимодействие тело потенциальной энергией называется энергия взаимодействия тела или частей одного тела потенциальной энергией называется энергия взаимодействия тел или частей одного тела как вычислять потенциальную энергию зависит от того с какой системой мы имеем дело но вот мы с вами сейчас сможем рассчитать потенциальную энергию тела поднятого над землей давайте запишем потенциальная энергия энергия тела , поднятого над землей потенциальная энергия тела поднятого над землей рассмотрим такую ситуацию допустим тело лежало на земле мы его подняли на какую-то высоту которую мы обозначим буквой h вот это высота чтобы тело поднять нам нужно совершить работу давайте рассмотрим какие же силы действуют на тело когда моего равномерно поднимаем вот промежуточное положение этого тела и на него действует сила тяжести f тяжести а почему тело не падает когда его поднимают потому что есть сила упругости моей ладони или чего-то того на чем лежит тело эту силу мы просто обозначим буквой f и поскольку тело поднимают равномерно то эти две силы направлены в противоположные стороны но одинаковы по модулю тело поднимаем равномерно равномерно следовательно эти две силы одинаковы то есть f равняется силе тяжести силу тяжести мы умеем вычислять ev тяжести мы узнаем если массу тела умножим на ускорение свободного падения следовательно и сила f тоже равна m же f равна m мы прикладываем к телу эту силу и перемещаем это тело на высоту h при этом мы совершаем работу как найти работу которую мы совершаем как найти работу этой силы надо эту силу модуль этой силы умножить на расстояние пройденное телом в направлении действия силы расстояние пройденное телом аж в направлении силы f поэтому работа этой силы будут положительно значит а равняется эф на h но f у нас равняется м ж поэтому работа это будет равна m же аж вот мы подняли тело работа м же h top пошла эта работа гиря было неподвижно осталась неподвижно но зато она приобрела способность падая расколоть орех то с чего мы начали да значит гиря приобрела энергию когда мы совершали над гири работу это работа была израсходована на то чтобы гиря приобрела энергию и какую работу мы совершили такую же энергию мы сообщили гири потенциальная энергия а ведь это именно энергия взаимодействия гири с землей обозначается буквой е с индексом p потенциальная энергия и теперь мы можем написать что потенциальная энергия тела поднятого над землей вычисляется точно по такой же формуле м ж h мы можем даже теперь пользоваться такими терминами когда мы говорим что мы поднимаем тела по наклонной плоскости мы это делаем для чего для того чтобы сообщить телу потенциальную энергию то есть потенциальная энергия приобретенное телом это фактически полезная работа которую мы можем использовать например когда вычисляем коэффициент полезного действия и так вот эта формула для потенциальной энергии тела понятого над землей тут есть два тонких моментов скажите пожалуйста а что если я буду отсчитывать вот эту высоту не от уровня стала от уровня например дворика нашего лицейская что потенциально энергия будет другая да совершенно верно все дело в том что потенциальная энергия зависит от того от какого уровням эту энергию отсчитываем если высоту отсчитывать от уровня стала то мы найдем потенциальную энергию этой гири относительно столах если отсчитывать относительно уровня моря мы найдем потенциальная энергия относительно уровня моря не приводит ли это к каким-то неоднозначности что думает лего [музыка] правильно почему так будет правильно потому что потенциальная энергия относительно пола больше но работа то равна чему работа равна не самой энергии а ее изменению если мы например отсчитываем потенциальную энергию не от уровня стала от уровня моря то все равно когда гири опускается потенциальная энергия уменьшится на одну и ту же величину поэтому неважно относительно какого уровня мы отсчитываем потенциальную энергию потому что в задачах по вычислению работы стоит изменения потенциальной энергии следующая ситуация представьте себе что вы хотите забить гвоздь в стенку вы прикладываете к стенке гвоздь и давите молотком получится таким образом забить гвоздь и нет а вообще нужно работу совершить чтобы забить гол да значит для того чтобы забить гвоздь нужно совершить работу каким же образом мы забиваем гвоздь за счет чего мы эту работу можем совершить что ты думаешь она носит что значит удар чтобы ударить сильно нужно разогнать молоток вот давайте эту ситуацию рассмотрим подробнее допустим нам нужно забить гвоздь вот гвоздь вот в начальном положении находится молоток допустим здесь он неподвижен затем я с помощью руки этот молоток разгоняю мне при этом нужно совершать работу да я давлю на молоток и при этом молоток перемещается следовательно я совершаю работу по разгону молотка и молоток перед тем как коснуться гвоздя уже обладает какой-то скоростью и это дает ему возможность совершить работу по забиванию гвоздя в стенку а это говорит нам о том что неподвижный молоток не обладает способностью совершить работу a движущееся обладает а раз так то движущееся тело тоже обладает энергией энергия которой обладает движущиеся тела называется кинетической кинетическая энергия она обозначается с индексом к откуда взялось это слово кинетическая как называется движущаяся фотография кино движущаяся фотографии это кино так значит кинетическая энергия кино есть еще такое модное слово среди шарлатанов телекинеза теле это далеко кен с перемещение перемещения тела на расстоянии корень один и тот же корень кен но кинетическая кен с означает движение кинетическая энергия энергия движения сейчас давайте разберемся от чего зависит кинетическая энергия зависит ли кинетическая энергия от массы тела как вы думаете конечно представьте себе что у вас движется со скоростью ну например 1 метр в секунду килограммовая гиря но ведь мы можем считать что это килограммового гиря это например пять штучек gear по 200 грамм которые объединились в одно тело значит каждая из этих 200 граммовых гирек обладает энергией в 5 раз меньше чем килограммовая в 5 раз меньше масса в 5 раз меньше значит кинетическая энергия должна быть прямо пропорциональна массе другой стороны зависит ли кинетическая энергия от скорости конечно зависит если я буду медленно ударять по гвоздю я его не забью если я очень быстро разгоню до высокой скорости молоток то гость будет забит к сожалению пока что до девятого класса я не могу вам доказать что кинетическая энергия пропорциональна не скорости а ее квадрату и поэтому пока что примите на веру что формула для вычисления кинетической энергии выглядит так м в квадрат пополам то есть вы видите что кинетическая энергия пропорциональна массе тела и квадрату его его этого тела скорости но коэффициент 1 2 тут твоего возникает во время вывода этой форму очень важно то что кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости об этом нужен нужно помнить каждому водителю если вы едете со скоростью 40 километров в час если вы едете со скоростью 80 километров в час то работу которую может совершить ваш автомобиль если не дай бог он что-то встретит на своем пути будут отличаться в 4 раза тормозной путь если вы резко затормозить и и работа силы трения уменьшит вашу скорость до нуля тормозной путь тоже увеличивается увеличится в 4 раза то есть обязательно нужно когда выводите транспортное средство соблюдать скоростной режим иначе беда будет ну а теперь давайте обратим внимание вот на что вот это гиря поднятой над землей обладает потенциальной энергией если я ее отпущу что будет происходить с потенциальной энергией она будет уменьшаться что будет происходить со скоростью гири по мере ее движение вниз она будет разгоняться значит кинетическая энергия будет увеличиваться так что же получается уменьшение потенциальной энергии сопровождается увеличением кинетической правда для этого должны выполняться некоторые условия на самом деле я могу эту гирю например или вот любое другое тело спустить с наклонной плоскости где есть трение если трение есть то можно добиться того что молоток или там какое-то другое тело будет равномерно сползать с наклонной плоскости при этом уменьшается его кинетическая энергия потенциальная энергия потенциальная энергия уменьшается тело съезжает все ниже ниже но поскольку она не разгоняется до кинетическая энергия не увеличивается а вот если наклонную плоскость взять абсолютно гладкую или если просто ронять тело то на сколько уменьшится потенциальная энергия настолько увеличится кинетическое то есть уменьшение потенциальной энергии сопровождается увеличением кинетической и наоборот я могу эту подбросить когда я ее хочу подбросить я эту гирю разгоняю до определенной скорости сообщая кинетическую энергию за счет своей работы но когда гиря поднимается вверх оно замедляется верхней точке останавливается и и кинетическая энергия становится равной нулю но зато потенциальная энергия максимальна значит если в системе отсутствуют день я то уменьшение потенциальной энергии равно увеличению кинетической скажите пожалуйста а что можно сказать о сумме потенциальной и кинетической энергии в такой ситуации ариадна необязательно нулю но и постоянно это может быть и 0 действительно но это может быть и какая-то другая постоянная величина например чтобы поднять эту гирю над столом на один метр мне надо совершать работу 10 джоулей значит сейчас потенциальной энергии тайберри 10 джоулей но когда она коснется стала в момент перед соприкосновением со столом и и потенциальная энергия уже стала равной нулю но зато кинетическая энергия стала 10 джоулей суммарная потенциальная кинетическая энергия такую величину называют полная механическая энергия остается постоянной давайте запишем этот факт в системах где отсутствуют силы трения в системах где отсутствуют силы трения система где отсутствуют силы трения на сколько уменьшится потенциальная энергия настолько же увеличится кинетическое система где отсутствуют силы трения насколько уменьшается потенциальная энергия настолько же увеличивается и кинетическая система где отсутствуют силы трения насколько уменьшается потенциальная энергия настолько же увеличивается и кинетическое вот этот факт в более строгой формулировки носит название закон сохранения полной механической энергии в строгой формулировки мы рассмотрим этот закон в 9 классе а сейчас давайте посмотрим на еще одном примере как он работает до спрашивать не обязательно дело в том что если в системе несколько деталей то на каждую из них может действовать сила трения их может быть несколько или если съезжает например тот же молоток с наклонной плоскости не гладкой на него действует наклонная плоскость а если он разогнался на него действует сила сопротивления воздуха так что можно говорить во множественном числе вот это устройство называется нить оной маятник она является замечательным примером в которых на котором можно продемонстрировать переход энергии из одного вида в другую я отвожу маятник в сторону мне для этого приходится прикладывать к нему силу и я при этом поскольку маятник перемещается совершаю работу на что пошла работа которую я совершил пожалуйста саша на сообщение потенциальная энергия теперь я отпускаю этот маятник маятник под действием силы тяжести опускается его высота становится меньше значит потенциальной энергии уменьшается но зато он разгоняется и в самой нижней точке если отсчитывать от этой от этого уровня потенциальную энергию потенциально энергия равна нулю зато кинетическая энергия максимальна но ведь тела обладают свойством инертность и по инерции маятник проскакивает положение равновесия и оказывается с этой стороны как вы думаете если сопротивление воздуха пренебрежимо мало что можно сказать о высоте на которую подымется маятник вот в этом месте она будет то же самое но зато мы с вами наблюдаем переход энергии из одного вида в другой потенциальное кинетическое потенциальное кинетическое потенциальная и зная что насколько уменьшается потенциальная энергия настолько же увеличивается кинетическое мы с вами можем решать задачи о которых не зная закона сохранения полной механической энергии можно было бы только мечтать вот давайте рассмотрим такую демонстрационную задачу связанную с поведением вот этого нитяного маятника демонстрационная задача [аплодисменты] имеется нефтяной маятник он находится в положении равновесия мы этот маятник толкнем со скоростью 1 метр в секунду сообщим этому маятнику скорость 1 метр в секунду раз мы его толкнули значит мы сообщили маятнику кинетическую энергию маятник начал двигаться при этом он поднимается значит его кинетическая энергия переходит в потенциально давайте отметим крайнее положение маятника он движется по дуге окружности и вот в это положение приходит здесь он неподвижен крайняя . давайте найдем на какую высоту поднимется маятник в крайней точке вот такая задача если рассматривать силы действующие на этот маятник то движение его необычайно сложно оказывается зависимость положения вот такого маятника от времени даже нельзя описать с помощью формулы при больших углах отклонения описывается это движение с помощью так называемых эллиптических интегралов которые даже на физфаке мы не изучали но найти вот эту высоту мы сможем очень просто вот здесь потенциальная энергия равна нулю обозначим это положение 1 и потенциальная один мы отсчитываем высоту от этого уровня значит потенциальная энергия равна нулю а кинетическая энергия в этом положении равняется м в квадрат пополам а в положении 2 вот здесь потенциальная энергия чему равна в положении 2 на какую высоту поднялся маятник мы знаем формулу для вычисления потенциальной энергии мы уже вывели с вами будет м ж h а чему равна кинетическая энергия во втором положении нулю потому что в крайней точке маятник замер 0 насколько уменьшается потенциальная настолько увеличивается кинетическая и наоборот а сумма этих двух величин и в этом положении и в этом 1 этаж значит мы можем записать и потенциально и в первом положении плюс е кинетическая в первом положении равняется ее потенциальная во втором положении плюс е кинетическая во втором вложение а теперь используем вот эти выражения у нас получится 0 плюс mv квадрат пополам равняется м же h плюс 0 давайте эти нули не будем писать у нас получится mv квадрат пополам равняется mch и тут мы с удивлением замечаем что массу можно сократить то есть совершенно неважно какую массу имеет этот маятник если мы ему сообщим скорость 1 метр в секунду он всегда поднимется на одну и ту же высоту будь это маятник легкий или массивны давайте эту высоту найдем отсюда аж равняется чему в квадрат делить на два же остается провести расчеты аж равняется 1 метр в квадрате в секунду в квадрате делить на два на 10 ньютонов на килограмм у нас получается 1 20 так 1 20 или 005 а вот только чего метр квадратный килограмм секунда в квадрате ньютон что это за чудовище такое на самом деле все очень просто на самом деле все очень просто если вы помните что такое 1 ньютон то вы легко смотрит сможете разобраться что это за комбинация величин кто помнит что такое 1 ньютон саша метр на секунд умножить на килограмм разделить на секунду в квадрате напоминаю 1 ньютон это сила которая действуя на тело массой 1 килограмм изменяет его скорость на 1 метр в секунду каждую секунду поэтому 1 ньютон это один килограмм на метр в секунду в квадрате в этом случае мы можем ньютон заменить на килограмм на метр в секунду в квадрате вот ютон превращается я вытру сотру ньютон равняется 0 05 метр квадрат килограмм секунду в квадрате ньютон это килограмм на метр в секунду в квадрате в секунду в квадрате сократилась килограмм сократился 1 степень метра сократилось и получилось я вот тут напишу 005 метра или 5 сантиметров вот такой результат итак энергия способна переходить из одного вида в другой и последнее что я хотел чтобы мы с вами записали когда потенциальная энергия переходит в кинетическую смотрите сила тяжести совершает работу так вот оказывается что переход энергии из одного вида в другой всегда сопровождаются работой совершении работу пак работы поэтому можно сказать что работа это мера перехода энергии из одного вида в другой работа эта мера перехода энергии из одного вида в другой мера перехода энергии из одного вида в другой на этом наш с вами курс физики 7 класса заканчивается вот вы мне очень помогли в том что более или менее прилично вели себя ну не считая того что сегодня включился мобильный телефон к и около до помогали проводить запись этих уроков вот поэтому давайте попрощаемся со зрителями и на этом заканчивается наш курс до свидания так что и вас показываю вот этот еще наши лиц из все на сегодня ребята урок окончен сейчас будем сдавать книжки