5. Zasada zachowania energii

Sumę energii kinetycznej i potencjalnej ciała nazywamy energią mechaniczną ciała.

Układ odosobniony - to układ ciał, który nie wymienia energii z układami na zewnątrz.

zasada zachowania energii

W układzie odosobnionym energia układu ciał nie zmienia się.

Przykład: Jeżeli przyjmiemy, że w pudełku jest 20 różnych kuleczek. Niektóre z nich niech poruszają się. Jeżeli pudełko jest układem odosobnionym (nie przekazuje energii na zewnątrz pudełka oraz nie dostaje energii z zewnątrz), to suma energii tych kuleczek będzie stała i nie zmienia. się.

PRZYKŁAD 1. Ciało spada swobodnie z wysokości 10m. Jaką energię kinetyczną i potencjalną ma w połowie wysokości? Z jaką prędkością uderzy w ziemię? Masa ciała 2kg.

Dane: Rozwiązanie:

Ciało na wysokości h posiada energię kinetyczną równą 0J. Zmiana energii potencjalnej na

wysokości h (przyjmując, że energia potencjalna na powierzchni ziemi) wynosi:

Ciało na wysokości h ma więc energię (suma energii kinetycznej i potencjalnej):

Jeżeli potraktujemy układ jako odosobniony (nie ma oporów powietrza i innych czynników), to energia ta nie może ulec zmianie w czasie spadku ciała. W połowie wysokości ciało zmniejszyło energię potencjalną:

Całkowita energia ciała nie uległa zmianie (część energii potencjalnej zamieniła się w kinetyczną):

Policzymy prędkość uderzenia z ziemią. Energia potencjalna na dole jest równa 0 (założyliśmy na początku, że tak jest). Ciało na dole ma więc tylko energię kinetyczną. Energia ciała na dole musi być taka sama jak na górze. (energia potencjalna ciała na wysokości h zamienia się na energię kinetyczną ciała na powierzchni)

Odpowiedź: W połowie wysokości ciało posiada energię potencjalną 100J oraz energię kinetyczną 100J. Prędkość uderzenia ciała w ziemie wynosi 14,14 m/s.