Взаимное превращение двух видов механической энергии удобно описывать с помощью графика. Полная энергия не зависит от высоты Л и является постоянной величиной. Полная энергия тела совпадает с потенциальной энергией в той точке графика, в которой пересекаются две прямые: прямая полной энергии и прямая, описывающая зависимость потенциальной энергии от высоты.
Легко понять, что высоте, где пересекаются прямые, соответствует кинетическая энергия, равная нулю. Иначе говоря, на этой высоте тело, брошенное вверх, останавливается и начинает свое движение вниз. Если в процессе движения тело не испытывает сопротивления движению, то тело достигнет поверхности Земли с той же скоростью, мало в начале подъема. В момент столкновения с Землей кинетическая энергия этого тела переходит в потенциальную энергию деформированного тела. Если деформация упругая, вся потенциальная энергия деформированного тела перейдет в кинетическую энергию его движения, но при этом скорость уже направлена вертикально вверх.
Закон сохранения полной механической энергии предусматривает взаимное превращение кинетической энергии в потенциальную и наоборот, в одинаковых количествах. При этом полная механическая энергия остается неизменной.
Вопрос к ученикам во время изложения нового материала
1. При каких условиях полная механическая энергия системы тел сохраняется?
2. Почему при действии силы трения закон сохранения механической энергии нарушается?
3. Груз, подвешенный к пружине, совершает колебания в вертикальном направлении. Какие преобразования энергии при этом происходят? В каких положениях груза потенциальная энергия системы «груз и пружина» является максимальной?
4. На какой вид энергии преобразуется часть полной механической энергии, если на тела системы действуют внешние силы?
Закрепление изученного материала
1. Тренируемся решать задачи
1. Камень бросили вертикально вверх со скоростью 10 м / с. На какой высоте кинетическая энергия камня будет одинаковой с его потенциальной энергии?
2. Тело находится в состоянии покоя, падает с высоты 20 м. На какой высоте скорость его движения равна 10 м / с? С какой скоростью тело упадет на землю?
3. Тело бросили со скоростью 15 м / с под углом к горизонту. Вычислите его скорость на высоте 10 м.
4. Футбольный мяч после удара поднялся на высоту 15 м. Почему равнялась его скорость на этой высоте, если начальная скорость мяча составляла 20 м / с? Сопротивлением воздуха можно пренебречь.
2. Контрольные вопросы
1. Резиновый мяч упал на пол и подскочил вверх. Какие преобразования энергии произошли при этом?
2. Тело соскальзывает по наклонной плоскости так, что его скорость остается неизменной. Изменяется ли при этом полная механическая энергия тела? Какие преобразования энергии при этом происходят?
3. Как изменяется механическая энергия при наличии сил трения?
4. Приведите примеры, когда полная механическая энергия не сохраняется.