Zasada zachowania energii — energia potencjalna i kinetyczna
Co zrobimy: Puścimy wózek po torze z górkami i sprawdzimy, jak wysoko dojedzie oraz jak energia zamienia się między potencjalną a kinetyczną.
Co widzisz na ekranie: Kolejkę górską z wózkiem, suwak wysokości startu (i masy) oraz przełącznik tarcia. Dwa słupki — energia potencjalna i kinetyczna — cały czas sumują się do tej samej wartości (bez tarcia); z tarciem dochodzi słupek „ciepło". Odczyty: wysokość, prędkość, Ep, Ek i energia całkowita.
Co się właśnie stało?
Wózek nie wjechał na górkę wyższą niż start — bo nie miał skąd wziąć na to energii. Bez tarcia dojdzie najwyżej do wysokości, z której wystartował.
Dwie formy energii:
na górze wózek ma energię potencjalną , na dole — kinetyczną . Zjeżdżając, zamienia jedną w drugą.
Zasada zachowania energii mechanicznej (bez tarcia):
Suma się nie zmienia — energia tylko „przelewa się" między potencjalną a kinetyczną. Stąd prędkość na dole:
A tarcie?
Wtedy część energii mechanicznej zamienia się w ciepło, więc wózek za każdym razem wraca niżej — energia całkowita jednak nadal jest zachowana, tylko część „ucieka" jako ciepło.
Po co Ci to na maturze:
Ep = mgh, Ek = ½mv² i ich suma rozwiązują zadania o spadaniu, zjeżdżaniu i prędkości bez liczenia sił. Chwyt: przyrównaj energię w dwóch punktach toru.
Zapamiętaj: energia się nie gubi — zamienia formę. Bez tarcia nie przeskoczysz wyżej niż punkt startu. To trzecia z rodziny zasad zachowania: masa, pęd, energia.
Teoria i wzory
Dwie formy energii mechanicznej
- potencjalna (grawitacyjna):
- kinetyczna:
Zasada zachowania energii mechanicznej
Bez tarcia suma energii potencjalnej i kinetycznej jest stała: Na szczycie górki energia jest głównie potencjalna, na dole — kinetyczna.
Prędkość z wysokości
Z zamiany na (): Z tarciem część energii mechanicznej zamienia się w ciepło, ale energia całkowita wciąż jest zachowana.
Oznaczenia: — energia potencjalna, — energia kinetyczna, — masa, , — wysokość, — prędkość.
Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.
Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.
Najczęstsze pytania
›Co mówi zasada zachowania energii mechanicznej?
Bez tarcia suma energii potencjalnej i kinetycznej jest stała: Ep + Ek = const.
›Jak obliczyć prędkość ciała spadającego z wysokości h?
Z zasady zachowania energii: v = √(2gh).
›Gdzie znika energia przy tarciu?
Zamienia się w ciepło — energia całkowita nadal jest zachowana, ale energia mechaniczna maleje.