Превращение одного вида механической энергии в другой

В природе, технике и быту можно часто наблюдать превращения одного вида механической, энергии в другой: потенциальной в кинетическую и кинетической в потенциальную, например, при падении воды с плотины ее потенциальная энергия превращается в кинетическую. В качающемся маятнике периодически эти виды энергии переходят друг в друга.

Очень удобно явление превращения одного вида механической энергии в другой наблюдать на приборе, изображенном на рисунке 176. Накручивая на ось нить, поднимают диск прибора. Диск, поднятый вверх, обладает некоторой потенциальной энергией. Если его отпустить, то он, вращаясь, начнет падать. По мере .падения потенциальная энергия диска уменьшается, но вместе, с тем .возрастает его кинетическая энергия. В конце падения диск обладает таким запасом кинетической энергии, что может опять подняться почти до прежней высоты. Поднявшись вверх, диск снова падает, а затем снова поднимается. В этом опыте при движении диска вниз его потенциальная энергия превращается в кинетическую, а при движении вверх кинетическая энергия превращается в потенциальную.

Превращение энергии из одного вида в другой происходит также при ударе двух каких-нибудь упругих тел, например резинового мяча о пол или стального шарика о стальную плиту.

Если поднять над стальной плитой стальной шарик (рис. 177) и выпустить затем его из рук, то он будет падать. По мере падения шарика его потенциальная энергия убывает, а кинетическая растет, так как увеличивается скорость движения шарика. При ударе шарика о плиту произойдет сжатие, как шарика, так и плиты, и кинетическая энергия, которой шарик обладал, превратится в потенциальную энергию сжатой плиты и сжатого шарика. Затем благодаря действию упругих сил плита и шарик примут свою первоначальную форму, шарик отскочит от плиты, а их потенциальная энергия вновь превратится в кинетическую энергию шарика: шарик отскочит вверх со скоростью, равной скорости, которой обладал в момент удара о плиту. При подъеме вверх скорость шарика, а следовательно, и его кинетическая энергия уменьшается, потенциальная энергия растет. Отскочив от плиты, шарик поднимается почти до той же высоты, с которой начал падать. В верхней точке подъема вся его кинетическая энергия вновь превратится в потенциальную.

Явления природы обычно сопровождаются превращением одного вида энергии в другой.

Энергия может и передаваться от одного тела к другому. Так, например, при стрельбе из лука потенциальная энергия натянутой тетивы переходит в кинетическую энергию летящей стрелы.

Вопросы. 1. Как на опыте можно показать превращение одного вида механической энергии в другой? 2. Какие превращения энергии происходят при ударе стального шарика о стальную плиту? 3. Какие превращения энергии происходят при падении воды с плотины?

Упражнения.

1. Укажите превращение одного вида энергии в другой в следующих ду случаях:

• при падении воды водопада;
• при бросании мяча вертикально вверх;
• при закручивании пружины наручных часов;
• на примере дверной пружины.

2. Массы падающих тел одинаковы. Одинаковы ли значения потенциальной энергии тел на одной и той же высоте и одинаковы ли значения кинетической энергии на этой высоте?
3. Приведите примеры тел, обладающих одновременно кинетической и потенциальной энергией.

Задания.

1. Изготовьте нитяной и пружинный маятники. Пронаблюдайте за их колебаниями. Кратко опишите превращения энергии, происходящие при колебании этих маятников.

Указание.

Нитяной маятник состоит из нити, на конце которой укреплен груз.

Пружинный маятник представляет собой пружину, к концу которой подвешен груз. Во время опыта верхний конец пружины укрепляют или держат в руке, груз слегка оттягивают вниз и отпускают.

2. Прочтите в конце учебника параграф «Энергия движущейся воды и ветра. Гидравлические и ветряные двигатели». Подготовьте доклады на темы:

• От водяных колес до современных гидротурбин.
• Ветряные двигатели и их применение.