Физика · 7 класс. Изучите схему, разберите примеры и проверьте себя.
Работа всех сил и кинетическая энергия
Для поступательного движения тела в выбранной неподвижной относительно Земли системе суммарная работа всех действующих сил равна изменению кинетической энергии: Aвсех = Eк₂ − Eк₁. Это простая школьная модель без учёта вращения и деформации тела. Работа одной выбранной силы равна этому изменению только тогда, когда остальные силы суммарно совершают нулевую работу.
Знак работы
Если Eк выросла с 20 до 50 Дж, суммарная работа 30 Дж. Если Eк уменьшилась с 50 до 20 Дж, работа −30 Дж. Нулевая суммарная работа означает неизменную Eк, но не обязательно отсутствие работ каждой силы отдельно: положительные и отрицательные вклады могут компенсироваться.
Работа силы тяжести
При постоянном g Aтяж = mg(h₁ − h₂). Для груза 2 кг при подъёме с 1 до 3 м, g = 10, работа тяжести равна −40 Дж. При спуске с 3 до 1 м она равна +40 Дж. Эта работа противоположна изменению потенциальной энергии. При равномерном подъёме подъёмная сила совершает положительную работу и компенсирует отрицательную работу тяжести.
Трение и внутренняя энергия
Брусок, скользящий по шероховатой поверхности, замедляется. Уменьшение механической энергии может сопровождаться ростом внутренней энергии бруска и поверхности. Чтобы записать равенство между этими изменениями, систему выбирают так, чтобы включить нагревающиеся тела, исключают внешнюю передачу энергии и изменения других её видов.
Пример баланса
Изолированная система с трением имела механическую энергию 100 Дж, затем 60 Дж. Если другие виды энергии, кроме механической и внутренней, не изменились, ΔU = 100 − 60 = 40 Дж. Это прирост внутренней энергии, а не её полное конечное значение. Для нахождения полного значения потребовалось бы знать начальную внутреннюю энергию.
Не смешивайте разные балансы
Eк₂ − Eк₁ связано с работой всех сил над телом, а −ΔEп — с работой соответствующей консервативной силы, например тяжести. Сохранение Eк + Eп требует своих условий для выбранной системы. Работа двигателя, трение и неупругий удар меняют распределение энергии; общая энергия не исчезает. Запишите, какие тела, виды энергии и внешние воздействия учтены.
Проверьте себя
При поступательном движении Eк выросла с 20 до 50 Дж. Суммарная работа сил?
+30 Дж.
Eк уменьшилась с 50 до 20 Дж в той же модели. Суммарная работа?
−30 Дж.
Груз 2 кг подняли с 1 до 3 м, g = 10. Работа тяжести?
−40 Дж, противоположна приросту Eп.
В изолированной системе с трением Eмех уменьшилась со 100 до 60 Дж; другие виды, кроме внутренней, не изменились. Прирост U?
+40 Дж. Это прирост внутренней энергии, а не её полное значение.