-Red-


 

1) Zákony zachovania v mechanike hmotných bodov

 

ZZ celkovej energie

 

ZZ mechanickej energie: celková mechanická energia izolovanej sústavy je stála

Energia nemôže vzniknúť ani zaniknúť. Nastáva len premena jednej formy energie na druhú, prenos energie z jedného telesa na druhé. Teleso, ktoré má mechanickú energiu, môže ju obvykle odovzdať ako prácu, a to tak, že zmení svoj pohyb alebo polohu. Naopak, ak pôsobením sily na teleso konáme prácu, môže sa to prejaviť zmenou mechanickej energie telesa. Veličina energia určuje istý stav telesa alebo sústavy telies. Veličina práca charakterizuje dej, pri ktorom prebieha zmena energie.

Týka sa všetkých prípadov izolovaných sústav, v ktorých pôsobením síl nenastávajú premeny sa iné formy energie ako na mechanickú potenciálnu  energiu.

 

E = Ep +Ek = konšt

 


Experiment Kyvadlo (skateboardista na U - rampe)

Kyvadlo je oceľová guľôčka zavesená na tenkom vlákne na pevnom závese. Keď ju vychýlime z rovnovážnej polohy a spustíme začne sa kývať. Ak zanedbáme odpor vzduchu trenie v závese a vonkajšie vplyvy pôsobiace na Zemi, môžeme sústavu utvorenú guľôčkou na vlákne (kyvadlo) a Zemou považovať za izolovanú sústavu, v ktorej na guľôčku pôsobí iba tiažová sila.

Kývanie guľôčky (prejazd U- rampou) predstavuje periodickú premenu potenciálnej energie Epa kinetickej energie Ek v sústave guľôčka-Zem (skateboardista-Zem).

Opíšte premeny foriem mechanickej energie počas kývania guľôčky (prejazdu U-rampou):

  • Odkiaľ je udelená energia na začiatku pohybu?

  • Ako sa mení Ep a Ek počas pohybu guľôčky (skateboardistu) nadol a s čím súvisí ich zmena?

  • Ako sa mení Ep a Ek počas pohybu guľôčky (skateboarditu) nahor a s čím súvisí ich zmena?

  • Pri akej polohe guľôčky (skateboardistu) má Ep maximálnu hodnotu a kedy má Ek maximálnu hodnotu?

  • Kde dochádza k stratám energie pri kývaní kyvadla (jazde skateboardistu po U-rampe)?

Úloha: Hmotnosť guľôčky je 10 g, dĺžka nite je 0,5 m, výška vychýlenia guľôčky nad rovnovážnu polohu je 6,7 cm, g = 10 m.s-2. Určte: a) celkovú mechanickú energiu sústavy guľôčka - Zem, b) veľkosť rýchlosti guľôčky pri prechode rovnovážnou polohou.

 

Zdroj: http://obchod.pierron.sk/katalog/fyzika/mechanika/2

 

Zdroj:https://www.hojko.com/skate-vybava-t143193.html


Opis premien foriem mechanickej energie počas kývania guľôčky:

  • Vychýlením guľôčky do výšky h z rovnovážnej polohy sme vykonali prácu, a tým sme udelili guľôčke Ep. Guľôčka je v pokoji (rýchlosť guľôčky v = 0) preto nemá Ek.E = Ep .

  • Počas pohybu guľôčky nadol z výška h klesá s výškou Ep. Guľôčka zrýchľuje - v stúpa a preto narastá aj Ek. Ep sa mení na Ek. E = Ep +Ek

  • Počas pohybu guľôčky nahor do výška h narastá s výškou Ep. Guľôčka spomaľuje - v klesá a preto sa zmenšuje aj Ek. Ek sa mení na Ep. E = Ep +Ek

  • Ep má maximálnu hodnotu pri maximálnom vychýlení do výšky h.

  • Ekmá maximálnu hodnotu pri prechode rovnovážnou polohou, kedy je rýchlosť guľôčky v maximálna a výška vychýlenia h = 0. Preto Ep = 0.E = Ek + 0.

  • Straty energie (premenu energie na teplo) spôsobuje trenie v závese, v kolesách skateboardu, kolies o rampu. Ďalej straty spôsobuje odpor vzduchu.


 

Experiment Skok o žrdi

Realizujte experiment, pomocou ktorého možno ukázať, že mechanická potenciálna energia pružiny sa môže meniť aj na iné formy mechanickej energie. Aby sme skok o žrdi mohli analyzovať ako fyzikálny jav, pripravíme si modelový experiment - pohyb krúžku vystreleného pomocou pružiny. Na hladkú tyč navlečieme pružinu s rovnakou alebo menšou dĺžkou ako tyč, s prierezom takým, aby s po tyči voľne pohybovala. Porovnateľný priemer by mal mať aj ľahký krúžok, napr. z hliníka alebo poskrúcaný z niekoľkých závitov drôtu.

Skok o žrdi (pohyb krúžka vystreleného pomocou pruživy) predstavuje premenu potenciálnej energie pružnosti (elastickej) Eena kinetickú energiu Ek a na potenciálnu energiu Ep v sústave žrď-skokan-Zem (pružina-krúžok-Zem).

Opíšte premeny foriem mechanickej energie počas pohybu krúžka vystreleného pomocou pružiny (počas skoku o žrdi):

  • Odkiaľ je udelená energia na začiatku pohybu?

  • Ako sa mení Ee a Ek počas uvoľnenia pružiny (počas odraze skokana na tyči) a s čím súvisí ich zmena?

  • Ako sa mení Ek a Ep počas letu nahor a s čím súvisí ich zmena?

  • Ako sa mení Ek a Ep počas pádu dolu a s čím súvisí ich zmena?

  • Kedy má Ee, Ek a Ep maximálnu hodnotu?

 

Úloha 1: Krúžok má hmotnosť 10g, pružina má tuhosť k = 50 N.m-1. Do akej najväčšej výšky h by mal vyletieť krúžok vystrelený po uvoľnený pružiny? (Na zdvihnutie krúžka do výšky h musíme vykonať prácu proti pôsobeniu tiažovej sily W = Fgh = mgh.

 

Úloha 2: Odmerajte výšku, do ktorej vyletí krúžok. Odôvodnite, prečo nevyletel tak vysoko, ako ste určili výpočtom.


Zdroj: http://www.ddp.fmph.uniba.sk/~koubek/UT_html/G1/FVseobVzd/2-3Mechanika.htm

 

Zdroj:http://www.hanr.sk/sutaz20.php

 

Opis premeny foriem mechanickej energie počas skoku o žrdi (pohybu krúžka vystreleného pomocou pružiny):

  • Na začiatku sme vykonali prácu na stlačenie pružiny (skokan sa rozbehol, zaprel o tyč a ohol ju). Stlačená pružina (tyč) nadobudla potenciálnu energiu pružnosti Eemaximálnu.

E = Ee

 

  • Počas uvoľnenia pružiny (počas odrazu skokana na tyči) sa Ee pružiny (tyče)použila na uvedenie krúžka (skokana) do pohybu smerom nahor s určitou rýchlosťou v, krúžok (skokan) získal Ek.

E = Ek

  • Počas letu nahor sa klesá rýchlosť v a krúžok skokan stúpa do výšky h, teda Ek sa mení na Ep.

E = Ep +Ek

 

Pri dosiahnutí maximálnej výšky h sa na okamih krúžok (skokan) zastaví - všetka Ek sa premenila na Ep maximálnu.

E = Ep

 

  • Počas pádu dolu z výšky h sa zväčšuje rýchlosť v krúžka (skokana) - Ep sa mení na Ek.

E = Ep +Ek

 

V okamihu dopadu ma Ekmaximálnu hodnotu.


 

Použitá literatúra:

Fyzika pre 1. ročník gymnázia, Jaroslav Vachek a kol.

Fyzika pre 1. ročník gymnázia, Koubek, Lapitková, Demkanin


Zdroje obrázkov:

http://obchod.pierron.sk/katalog/fyzika/mechanika/2

https://www.hojko.com/skate-vybava-t143193.html

http://www.ddp.fmph.uniba.sk/~koubek/UT_html/G1/FVseobVzd/2-3Mechanika.htm

http://www.hanr.sk/sutaz20.php