Zasada zachowania energii

Zaczniemy od ogólnej zasady zachowania energii:

Całkowita energia układu odosobnionego nie zmienia się.

Powyższa zasada dotyczy wszystkich rodzajów energii, a całkowita energia jest tu rozumiana jako suma wszystkich tych rodzajów energii. Wyjaśnienia wymaga pojęcie układu odosobnionego.

Układ odosobniony jest to taki układ ciał, na który nie działają żadne siły zewnętrzne. Rozpatrujemy więc w takim układzie wyłącznie oddziaływanie sił wewnętrznych między poszczególnymi ciałami układu.

Pośród układów odosobnionych na szczególną uwagę zasługują układy zachowawcze, a więc takie, w których siły działające między tymi ciałami są siłami zachowawczymi, czyli takimi, których praca po torze zamkniętym jest równa zeru.

Zasada zachowania energii mechanicznej

Energia mechaniczna jest sumą energii kinetycznej i potencjalnej.

Energia mechaniczna układu odosobnionego i zachowawczego nie zmienia się.

Zatem jeżeli na układ ciał nie działają siły zewnętrzne, a działające siły są siłami zachowawczymi (na przykład siłami grawitacji), to suma energii potencjalnej E_p i kinetycznej E_k tego układu pozostaje stała (constans).

E_k+E_p = const

Możemy też napisać, że w stanach I, II, III, ..., N układu ciał odosobnionego i zachowawczego:

E_I=E_II=E_III=...=E_N

Pytania

Jak zmienia się energia podczas spadku swobodnego ciała?

Jeżeli ciało spoczywa nieruchomo nad powierzchnią ziemi, to jego energia mechaniczna jest równa energii potencjalnej ciężkości. Gdy ciało zaczyna spadać, nabiera prędkości, a tym samym energii kinetycznej. Skąd się bierze ta energia? Następuje tu zamiana energii potencjalnej ciężkości na energię kinetyczną. W chwili uderzenia o ziemię ciało ma energię mechaniczną równą energii kinetycznej tego ciała (energia potencjalna jest równa zeru względem powierzchni ziemi). Wartość energii podczas spadku jest cały czas taka sama. Podczas spadku swobodnego rośnie energia kinetyczna kosztem energii potencjalnej, ale suma tych energii daje zawsze tę samą wartość.

Pomijamy tu opory ruchu i moment tuż po uderzeniu ciała o ziemię, gdzie ma miejsce z kolei zamiana zgromadzonej energii mechanicznej na energię wewnętrzną ciała i Ziemi.

Inne zagadnienia z tej lekcji

Zasada zachowania pędu

Omówienie zasady zachowania pędu. Jeżeli na układ ciał nie działają żadne siły zewnętrzne lub siły te równoważą się, to pęd układu nie zmienia się. Zatem pęd układu w stanie początkowym jest równy pędowi układu w stanie końcowym, chyba że działają jakieś zewnętrzne siły.

Zasada zachowania momentu pędu

Jeżeli moment wypadkowy sił zewnętrznych działających na bryłę jest równy zeru, to całkowity moment pędu (kręt całkowity) tej bryły nie ulega zmianie.