Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины

Управление образования и науки Донецкой облгосадминистрации

Донецкое территориальное отделение МАН Украины

Красноармейский городской лицей «Надежда»

Секция: физика

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ

МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

Работу выполнила

Власенко Алина Викторовна

ученица 11 класса Красноармейского

городского лицея «Надежда»

Научный руководитель:

Галушко Ирина Николаевна

Красноармейск-2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВСТУПЛЕНИЕ 1

Раздел 1. Теоретическая часть 3

1.1. Закон сохранения и превращения энергии 3

1.2. Виды взаимодействия 6

1.3. Потеря энергии при неупругом взаимодействии 11

1.4. Коэффициент полезного действия 12

1.5. Закон сохранения энергии в разных формах 13

Раздел 2. Практическая часть 14

2.1. Устройство и изготовление установки 15

2.2. Проведение эксперимента 16

2.3. Обработка полученных результатов 16

ВЫВОДЫ 16

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 18

ПРИЛОЖЕНИЯ 20

Вступление

Целью данной работы является изготовление установки для проверки закона сохранения энергии при абсолютно упругом ударе. Данная установка предназначена для выполнения лабораторной работы при изучении закона сохранения и превращения энергии в курсе физики 10 класса.

Актуальность работы заключается в расширении демонстрационной базы кабинета физики.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

• изучить литературу и интернет-ресурсы по данному вопросу;

• составить схему установки для лабораторной работы;

• собрать установку для проверки закона сохранения энергии;

• изготовить методическое пособие для выполнения лабораторной работы.

Для написания данной работы были использованы следующие методы: анализ, классификация, эксперимент, наблюдение.

Раздел 1. Теоретическая часть

1.1. Закон сохранения и превращения энергии

Энергия - это скалярная физическая величина которая является мерой различных форм движения материи и является характеристикой состояния системы (тела) и определяет максимальную работу, которую может выполнить тело (система). Тела обладают различными видами энергии:

• кинетической энергией - вследствие движения массивного тела;

• потенциальной энергией - в результате взаимодействия с другими телами;

• тепловой (внутренней) энергией - вследствие хаотического движения и взаимодействия своих молекул, атомов, электронов.

Полную механическую энергию составляют кинетическая и потенциальная энергия.

Все явления природы происходят в соответствии с законом сохранения и превращения энергии, который формулируется так:

Во всех процессах, происходящих в природе, энергия не возникает и не исчезает, она только превращается из одного вида в другой в эквивалентных количествах.

Все формы энергии: кинетическая, потенциальная, электромагнитная, химическая, внутриатомная и др. – способны превращаться друг в друга.

Законы сохранения энергии, импульса и момента импульса являются наиболее общими физическими законами. Они имеют глубокое происхождение, связанное с фундаментальными свойствами пространства и времени - однородностью и изотропностью. А именно: закон сохранения энергии связан с однородностью времени, закон сохранения импульса - с однородностью пространства, закон сохранения момента импульса с изотропностью пространства. Вследствие этого использование их не ограничивается рамками классической механики, они выполняются при описании всех известных явлений от космических до квантовых. Важность законов сохранения, как инструмента исследования, обусловлена следующими обстоятельствами:

• Законы сохранения не зависят ни от траекторий частиц, ни от характера действующих сил. Поэтому они позволяют получить ряд весьма общих и существенных заключений о свойствах различных механических процессов без их детального рассмотрения с помощью уравнений движения. Если, например, выясняется, что некий анализируемый процесс противоречит законам сохранения, то можно утверждать: этот процесс невозможен, и бессмысленно пытаться его осуществить.

• Независимость законов сохранения от характера действующих сил позволяет применять их даже в том случае, когда силы неизвестны. Так дело обстоит, например, в области микромира, где понятия материальной точки, а следовательно, и силы бессмысленны. Такая же ситуация имеет место при анализе систем большого числа частиц, когда технически невозможно определить координаты всех частиц, и поэтому - рассчитать действующие между частицами силы. Законы сохранения являются в этих случаях единственным инструментом исследования.

• Даже в случае, если все силы известны и использование законов сохранения не дает новой по сравнению с уравнением движения (вторым законом Ньютона) информации, их применение может существенно упростить теоретические выкладки.

Закон сохранения энергии — фундаментальный закон природы, установленный посредством наблюдения и заключающийся в том, что для изолированной физической системы может быть введена скалярная физическая величина, являющаяся функцией параметров системы и называемая энергией, которая сохраняется с течением времени. Поскольку закон сохранения энергии относится не к конкретным величинам и явлениям, а отражает общую, применимую везде и всегда, закономерность, то его можно именовать не законом, а принципом сохранения энергии.

С фундаментальной точки зрения, согласно теореме Нётер, закон сохранения энергии является следствием однородности времени, то есть независимостью законов физики от момента времени, в который рассматривается система. В этом смысле закон сохранения энергии является универсальным, то есть присущим системам самой разной физической природы. При этом выполнение этого закона сохранения в каждой конкретно взятой системе обосновывается подчинением этой системы своим специфическим законам динамики, вообще говоря различающимся для разных систем.

В различных разделах физики по историческим причинам закон сохранения энергии формулировался независимо, в связи с чем были введены различные виды энергии. Возможен переход энергии одного типа в другой, но полная энергия системы, равная сумме отдельных видов энергий, сохраняется. Ввиду условности деления энергии на различные виды, такое деление не всегда может быть произведено однозначно.

Для каждого вида энергии закон сохранения может иметь свою, отличающуюся от универсальной, формулировку. Например, в классической механике был сформулирован закон сохранения механической энергии, в термодинамике — первое начало термодинамики, а в электродинамике — теорема Пойнтинга.

С математической точки зрения закон сохранения энергии эквивалентен утверждению, что система дифференциальных уравнений, описывающая динамику данной физической системы, обладает первым интегралом движения, связанным с симметричностью уравнений относительно сдвига во времени.