При каких условиях выполняется закон сохранения механической энергии?

8 ответов на вопрос “При каких условиях выполняется закон сохранения механической энергии?”

  1. Simon Ответить

    Если тела, составляющие замкнутую механическую систему, взаимодействуют между собой только посредством сил тяготения и упругости, то работа этих сил равна разности потенциальной энергии:
    . (5.14)
    По теореме о кинетической энергии эта работа равна изменению кинетической энергии тел:
    . (5.15)
    Следовательно:
    или . (5.16)
    Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой посредством сил тяготения и сил упругости, остается неизменной.
    Сумма E = Ek + Ep есть полная механическая энергия. Получили закон сохранения полной механической энергии:
    . (5.17)
    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.
    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.
    Закон сохранения механической энергии и закон сохранения импульса позволяют находить решения механических задач в тех случаях, когда действующие силы неизвестны. Примером такого рода задач является ударное взаимодействие тел.
    Ударом (или столкновением) принято называть кратковременное взаимодействие тел, в результате которого их скорости испытывают значительные изменения. Во время столкновения тел между ними действуют кратковременные ударные силы, величина которых, как правило, неизвестна. Поэтому нельзя рассматривать ударное взаимодействие непосредственно с помощью законов Ньютона. Применение законов сохранения энергии и импульса во многих случаях позволяет исключить из рассмотрения сам процесс столкновения и получить связь между скоростями тел до и после столкновения, минуя все промежуточные значения этих величин.
    В механике часто используются две модели ударного взаимодействия – абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары.
    Абсолютно неупругим ударом называют такое ударное взаимодействие, при котором тела соединяются (слипаются) друг с другом и движутся дальше как одно тело.
    При абсолютно неупругом ударе механическая энергия не сохраняется. Она частично или полностью переходит во внутреннюю энергию тел (нагревание).
    Абсолютно упругим ударом называется столкновение, при котором сохраняется механическая энергия системы тел.
    При абсолютно упругом ударе наряду с законом сохранения импульса выполняется закон сохранения механической энергии.

  2. Gardana Ответить

    Представим идельный вариант, отсутствие потерь на сопротивление и т.д., в данном случае они будут мешать понять принцип работы.
    Как известно со школы при раздвигании пластин плоского конденсатора мы выполняем работу.
    Например: условно имеем конденсатор емкостью 20 фарад и на нем приложено напряжение 100 вольт, энергия заряженного конденсатора равна 20*(100^2)/2=100 000. Раздвигая пластины конденсатора и тем самым уменьшив емкость до 11 фарад энергия конденсатора станет равной 181818,2 Дж. Таким образом выполняем работу 181 818,2-100 000 = 81 818,2. Закон сохранения энергии выполняется.
    Теперь посмотрим случай:
    имеем два паралельно соединенных конденсатора емкостью 10 фарад каждый, под напряжением 100 вольт, энергия обоих конденсаторов равна 100 000 = 50 000 + 50 000.
    Конденсаторы ни к чему не подключены. Раздвигаем обкладки одного конденсатора, при этом емкость последного доводим до 1 фарада, в итоге общая емкость конденсатора равна 11 фарад. Напряжение расчитываем по элементарной формуле. Исходя из сохранения заряда сумма заряда обоих конденсаторов равна произведению емкости на напряжение т.е. напряжение равно 20*100/11= 181,8 вольт. Ничего сверхестественного не сделано. Посмотрим что мы получаем: первый конденсатор имел емкость 10 фарад, напряжение 100 вольт, энергию 50 000, а теперь имеет емкость 1 фарад, напряжение 181,8 вольт, энергию 16 528,93 в итоге мы не тратим, получаем энергию, т.к. 16 528,93-50 000=-33471,1. Смотрим дальше второй конденсатор имел емкость 10 фарад, напряжение 100 вольт, энергию 50 000, а теперь имеет емкость 10 фарад, напряжение 181,8 вольт, энергию 165 289,25, т.е тут мы выполняем работу численно равную 165 289,25-50 000=115 289. В итоге на обоих конденсаторах выполняется работа числено равная -33 471,1+115 289=81 818,2. Закон сохранения не нарушается, то что получили вверху. Но на отдельно взатых конденсаторах все как то страно.
    Расчитав силу взаимосдействия пластин получается что вместо притяжения они отталкиваются, т.е. на увеличение расстояния между ними мы ничего не затрачиваем, ну а энергия второго конденсатора намного больше затрачиваемой. Выходит закон сохранения нарушен, либо целостность заряда нарушена.
    Каковы ваши соображения по данному поводу?

  3. DLAXI Ответить

    Закон
    Сохранения Механической Энергии
    Если в
    замкнутой системе     не действуют
    силы, трения и силы сопротивления    ,
    то сумма кинетической и потенциальной
    энергии всех тел системы остается
    величиной постоянной    .
    Если тела,
    составляющие замкнутую механическую
    систему    , взаимодействуют между собой
    только посредством сил тяготения и
    упругости, то работа этих сил равна
    изменениюпотенциальной
    энергиител, взятому с противоположным
    знаком:
    A= –(Eр2–Eр1).
    По теореме
    о кинетической энергии эта работа равна
    изменению кинетической энергии тел
    (см. §1.19):

    Следовательно
    или
    Ek1+Ep1=Ek2+Ep2.
    Сумма
    кинетической и потенциальной энергии
    тел, составляющих замкнутую систему и
    взаимодействующих между собой посредством
    сил тяготения и сил упругости, остается
    неизменной.
    Это утверждение выражаетзакон
    сохранения энергии в механических
    процессах    . Он является следствием
    законов Ньютона. СуммуE=Ek+Epназываютполной
    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.
    При
    любых физических взаимодействиях
    энергия не возникает и не исчезает, а
    только превращается из одной формы в
    другую.
    b. С учётом
    силтрения
    Присматриваясь
    к движению шарика, подпрыгивающего на
    плите (§ 102), можно обнаружить, что после
    каждого удара  шарик  поднимается
    на  немного меньшую высоту, чем раньше
    (рис. 170),т. е. полная энергия не остается
    в точности постоянной, а понемногу
    убывает;  это значит,   что
    закон    сохранения энергии в
    таком виде, как мы его сформулировали,
    соблюдается  в этом случае только
    приближенно. Причина заключается в том,
    что в этом опыте возникают силы трения:
    сопротивление воздуха, в котором движется
    шарик, и внутреннее трение в самом
    материале шарика и плиты. Вообще, при
    наличии трения закон сохранения
    механической энергии всегда нарушается
    и сумма потенциальной и кинетической
    энергий тел уменьшается. За счет этой
    убыли энергии и совершается работа
    против сил трения 1).

    Уменьшение
    высоты  отскока шарика   после
    многих отражений от плиты.
    Например,
    при падении тела с большой высоты
    скорость тела, вследствие действия
    возрастающих сил сопротивления среды,
    вскоре становится постоянной (§ 68);
    кинетическая энергия тела перестает
    меняться, но его потенциальная энергия
    поднятия над землей уменьшается. Работу
    против силы сопротивления воздуха
    совершает сила тяжести за счет
    потенциальной энергии тела. Хотя при
    этом и сообщается некоторая кинетическая
    энергия окружающему воздуху, но она
    меньше, чем убыль потенциальной энергии
    тела, и, значит, суммарная механическая
    энергия убывает.
    Работа
    против сил трения может совершаться и
    за счет кинетической энергии. Например,
    при движении лодки, которую оттолкнули
    от берега пруда, потенциальная энергия
    лодки остается постоянной, но вследствие
    сопротивления воды уменьшается скорость
    движения лодки, т. е. ее кинетическая
    энергия, и увеличение кинетической
    энергии воды, наблюдающееся при этом,
    меньше, чем убыль кинетической энергии
    лодки.
    Подобно
    этому действуют и силы трения между
    твердыми телами. Например, скорость,
    которую приобретает груз, соскальзывающий
    с наклонной плоскости, а следовательно
    и его кинетическая энергия, меньше, чем
    та, которую он приобрел бы в отсутствие
    трения. Можно так подобрать угол наклона
    плоскости, что груз будет скользить
    равномерно. При этом его потенциальная
    энергия будет убывать, а кинетическая
    — оставаться постоянной, и работа против
    сил трения будет совершаться за счет
    потенциальной энергии.
    В природе
    все движения (за исключением движений
    в полной пустоте, например движений
    небесных тел) сопровождаются трением.
    Поэтому при таких движениях закон
    сохранения механической энергии
    нарушается, и это нарушение происходит
    всегда в одну сторону — в сторону
    уменьшения суммарной энергии.
    “Вообще,
    при наличии трения    1. закон
    сохранения механической энергии всегда
    нарушается и
    2.сумма потенциальной
    и кинетической энергий тел
    уменьшается.”
    Второе верно.Первое
    – наглая ложь    ! Закон не нарушается.
    Dura lex sed lex.

  4. SHOHA Ответить

    Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной (замкнутой) системы сохраняется во времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда, она может только переходить из одной формы в другую. Закон сохранения энергии встречается в различных разделах физики и проявляется в сохранении различных видов энергии. Например, в термодинамике закон сохранения энергии называется первым началом термодинамики.
    Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то правильнее называть его не законом, а принципом сохранения энергии.
    Закон сохранения энергии является универсальным. Для каждой конкретной замкнутой системы, вне зависимости от её природы можно определить некую величину, называемую энергией, которая будет сохраняться во времени. При этом выполнение этого закона сохранения в каждой конкретно взятой системе обосновывается подчинением этой системы своим специфическим законам динамики, вообще говоря различающихся для разных систем.
    Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной (замкнутой) системы сохраняется во времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда, она может только переходить из одной формы в другую. Закон сохранения энергии встречается в различных разделах физики и проявляется в сохранении различных видов энергии. Например, в термодинамике закон сохранения энергии называется первым началом термодинамики.
    Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то правильнее называть его не законом, а принципом сохранения энергии.
    Закон сохранения энергии является универсальным. Для каждой конкретной замкнутой системы, вне зависимости от её природы можно определить некую величину, называемую энергией, которая будет сохраняться во времени. При этом выполнение этого закона сохранения в каждой конкретно взятой системе обосновывается подчинением этой системы своим специфическим законам динамики, вообще говоря различающихся для разных систем.
    Закон сохранения энергии.
    Приращение потенциальной энергии брошенного вверх тела происходит за счет убыли его кинетической энергии; при падении тела, приращение кинетической энергии происходит за счет убыли потенциальной энергии, так что полная механическая энергия тела не меняется. Аналогично, если на тело действует сжатая пружина, то она может сообщить телу некоторую скорость, т. е. кинетическую энергию, но при этом пружина будет распрямляться, и ее потенциальная энергия будет соответственно уменьшаться; сумма потенциальной и кинетической энергий останется постоянной. Если на тело, кроме пружины, действует еще и сила тяжести, то хотя при движении тела энергия каждого вида будет изменяться, но сумма потенциальной энергии тяготения, потенциальной энергии пружины и кинетической энергии тела опять-таки будет оставаться постоянной.
    Энергия может переходить из одного вида в другой, может переходить от одного тела к другому, но общий запас механической энергии остаётся неизменным. Опыты и теоретические расчеты показывают, что при отсутствии сил трения и при воздействии только сил упругости и тяготения суммарная потенциальная и кинетическая энергия тела или системы тел остается во всех случаях постоянной. В этом и заключается закон сохранения механической энергии.

  5. VideoAnswer Ответить

Добавить ответ

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *