Энергия

Содержание и основные понятия

← Вернуться к оглавлению
Alterna · физика · 4.4
Энергия
Потенциальная и кинетическая энергия, превращения
Энергия — это способность совершать работу. Мяч на крыше имеет потенциальную энергию. Падая, она превращается в кинетическую. Но сумма всегда постоянна.
ФГОС · 7 класс
ФОП · базовый
01
Механическая энергия
Энергия — это способность тела совершать работу.
Энергия
Энергия
— это физическая величина, характеризующая способность тела совершать работу. Единица:
джоуль (Дж)
.
Потенциальная энергия
Потенциальная энергия
— энергия, обусловленная взаимодействием тел или частей тела.
E
p
= m · g · h
— для тела, поднятого на высоту h.
E
p
= k · Δl² / 2
— для упруго деформированной пружины.
Кинетическая энергия
Кинетическая энергия
— энергия движущегося тела.
E
k
= m · v² / 2
где m — масса тела, v — скорость.
Связь работы и энергии
Работа равна изменению энергии: A = ΔE. Если сила совершает положительную работу — энергия тела увеличивается.
02
Превращение энергии
Потенциальная в кинетическую — и обратно.
Закон сохранения энергии
В замкнутой системе
полная механическая энергия сохраняется
:
E
p
+ E
k
= const
Пример: мячик падает с высоты. В верхней точке — только E
p
. Внизу — только E
k
. В середине — сумма.
При наличии трения часть механической энергии превращается во внутреннюю (тепло), но полная энергия сохраняется.
📘
Маятник — превращение энергии
IV-039 · E_p + E_k = const
Масса m:
1
кг
Длина L:
2
м
Трение:
Нажмите «Запустить»
🎢
Американские горки — превращение энергии
IV-039B · Ep ↔ Ek — шар катится по трассе, энергия перераспределяется
Высота старта:
15
м
Масса:
1
кг
Трение:
Закон сохранения энергии — главный закон природы
Энергия не возникает из ниоткуда и не исчезает бесследно. Она только превращается из одного вида в другой и передаётся от одного тела к другому. Это —
закон сохранения энергии
, один из фундаментальных законов физики.
Ц
Что нужно понимать
Результат 1
Объяснять физический смысл темы «Энергия» через модель, а не только через формулу.
Результат 2
Различать и корректно использовать термины: кинетическая энергия, потенциальная энергия, механическая энергия.
Результат 3
Указывать условия применимости закона, проверять единицы и предельные случаи.
Т
Термины темы
Определение должно указывать физический смысл, а не заменяться бытовым синонимом.
кинетическая энергия
Энергия механического движения, равная mv²/2 в классической механике.
потенциальная энергия
Энергия взаимодействия, зависящая от взаимного положения тел или частей системы.
механическая энергия
Сумма кинетической и потенциальной энергий выбранной механической системы.
закон сохранения энергии
Энергия замкнутой системы не возникает и не исчезает, а лишь переходит между формами и частями системы.
Ф
Происхождение и вывод формул
Фундаментальный закон нельзя «доказать» алгеброй: для каждой записи указано, является ли она определением, экспериментальным законом или следствием модели.
E
к
=
m
v
2
2
E_{\text{к}}=\frac{mv^2}{2}
E
к
​
=
2
m
v
2
​
следствие модели
Кинетическая энергия.
Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.
A
=
F
s
=
m
a
s
A=Fs=mas
A
=
F
s
=
ma
s
Постоянная равнодействующая сила при разгоне из покоя совершает работу над телом.
v
2
=
2
a
s
v^2=2as
v
2
=
2
a
s
Кинематическая связь для равноускоренного движения из покоя даёт произведение ускорения на путь.
A
=
m
a
s
=
m
v
2
2
A=mas=\frac{mv^2}{2}
A
=
ma
s
=
2
m
v
2
​
Работа, необходимая для разгона, определяет приобретённую телом кинетическую энергию.
Условия:
Классическая механика; материальная точка либо тело, совершающее чисто поступательное движение, причём v — скорость центра масс. При наличии вращения или внутреннего движения полная кинетическая энергия дополнительно содержит соответствующие слагаемые; скорость много меньше скорости света.
Контроль:
Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.
E
п
=
m
g
h
E_{\text{п}}=mgh
E
п
​
=
m
g
h
следствие модели
Потенциальная энергия.
Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.
F
тяж
=
m
g
F_{\text{тяж}}=mg
F
тяж
​
=
m
g
В однородном поле у поверхности Земли сила тяжести постоянна по модулю.
A
внеш
=
F
h
=
m
g
h
A_{\text{внеш}}=Fh=mgh
A
внеш
​
=
F
h
=
m
g
h
При медленном подъёме внешняя сила уравновешивает тяжесть и совершает работу на высоте h.
E
п
−
E
п
,
0
=
m
g
h
E_{\text{п}}-E_{\text{п},0}=mgh
E
п
​
−
E
п
,
0
​
=
m
g
h
Эта работа увеличивает энергию взаимодействия с Землёй; при нуле на исходном уровне получают Eп = mgh.
Условия:
Небольшие высоты в однородном поле тяжести, g постоянно; h отсчитана от выбранного нулевого уровня потенциальной энергии.
Контроль:
Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.
!
Границы модели и типичные ошибки
Ошибка: забыть условие модели
Нельзя переносить формулу на любую ситуацию только из-за совпадения букв. Ключевое условие этой темы: Энергия — это способность совершать работу. Мяч на крыше имеет потенциальную энергию. Падая, она превращается в кинетическую. Но сумма всегда постоянна.
Как проверить рассуждение
Формула применима только после выбора системы и допущений. Затем проверьте единицы, направление векторов и поведение результата при нулевом или очень большом параметре.
Σ
Вывод по теме
Энергия
Энергия — это способность совершать работу. Мяч на крыше имеет потенциальную энергию. Падая, она превращается в кинетическую. Но сумма всегда постоянна.
Энергия — это способность совершать работу. Мяч на крыше имеет потенциальную энергию. Падая, она превращается в кинетическую. Но сумма всегда постоянна.
Формула применима только после выбора системы и допущений.
Любой численный результат сопровождается единицей, знаком и объяснением его физического смысла.
Содержание сверено с ФРП по физике ООО/СОО 2025 года и тематикой действующих линий ФПУ: И. М. Пёрышкин и соавторы (7–9), Г. Я. Мякишев и соавторы (10–11); углубления — с линиями «Инженеры будущего» и В. А. Касьянова. Формулировки оригинальные, тексты учебников не воспроизводятся.