Jéno autora: Mgr. Zdeněk Chalupský Datu vytvoření: 15. 12. 2012 Číslo DUM: VY_32_INOVACE_18_FY_B Ročník: I. Fyzika Vzdělávací oblast: Přírodovědné vzdělávání Vzdělávací obor: Fyzika Teatický okruh: Mechanika Téa: Mechanická energie Metodický list/anotace: Téa echanická energie uožňuje, na základě znalosti echanické práce, věnovat více času řízený diskuzí. V první části uvedee rozdíl ezi echanickou prací a echanickou energií navážee s přehlede vybraných fore energií. Na sníku Polohová energie je zdokuentována zěna polohové energie pouze ve svislé sěru, v závislosti na účincích gravitačního pole Zeě, na další výpočet na nakloněné rovině. Pohybová energie ůže ěnit svou velikost v libovolné sěru, doložíe v dvojrozěrné prostoru výpočty. Téa ukončíe energií pružnosti. Časová náročnost ůže překročit dobu jedné vyučovací hodiny.
Mechanická energie Mechanická energie Energie Polohová energie Výpočet polohové energie Pohybová energie Potenciální energie pružnosti Obr. 1
zěna stavu tělesa Mechanická energie pohybový stav nebo vzájené působení těles echanická práce fyzikální děj x echanická energie stav tělesa energii veličina charakterizující stav určité soustavy Energie schopnost hoty, látky nebo silového pole konat práci. definice energie jako schopnosti konat práci, již není všeobecně přijíána, pro naši školní práci s touto definici zatí vystačíe Mechanická energie vyjadřuje schopnost tělesa konat echanickou práci, působit silou na jiné těleso a posouvat jej po dráze. pohybová energie kinetická energie u těles, která se vzájeně pohybují polohová energie potenciální energie u těles, která jsou v silových polích jiných těles potenciální energie pružnosti pružných těles, která jsou stlačená nebo natažená W k = E k W p = E p W p = E p W = E společné značky a rozlišení k kinetické pohybová p potenciální polohová
Energie Mechanická energie je jedna z noha druhů energie. echanická energie elektrická energie jaderná energie agnetická energie energie záření vnější energie cheická energie vnitřní energie tepelná energie energie energie ohně geoterální energie sluneční energie energie ořských vln parní energie svalová energie světelná energie větrná energie vodní energie Jednotlivé druhy energií se ohou, za určitých podínek vzájeně přeěňovat.
Polohová energie + h [] + E p +E p4 = rostoucí +A E = E p5 + E p4 E p1 = konstantní = gh 1 h 4 h 1 0 E p = 0 E p2 = konstantní = 0 h 5 h 3 E p3 = konstantní = gh 3 +B - h [] E p E p5 = rostoucí k hodnotě 0 osy h E p1 > E p2 > E p3 při h 4 = h 5 E p4 = E p5 E p1 = E p3 > E p2 při h 1 = h 3 a h 2 = 0
Výpočet polohové energie E py Složka pohybu ve svislé sěru se na zěně polohové energie podílí. E py = gh pro h 0 E p 0 E p = gh sin β F F = G sin β F F G n β 0 β Obr. 2 E px Složka pohybu ve vodorovné sěru se na zěně polohové energie nepodílí. E px = gh; pro h = 0 E p = 0 E py F G β Obr. 3 E px Strá cesta na vrchol znaená velký výdej energie, je nutné působit proti složce F p, která je závislá na sklonu kopce β. Cesta po klikaté cestě trvá déle, uožní však sílu působící na těleso, zenšit díky enšíu sklonu stoupání.
Pro pohyb ve svislé sěru Pohybová energie Pro pohyb ve vodorovné sěru E k [ J ] v = at F = a F = g s = 1 2 at2 Dráha rovnoěrně zrychleného pohybu W = Fs rychlost rovnoěrně zrychleného pohybu h = 1 2 gt2 W = a 1 2 at2 = 1 2 at 2 = 1 2 v2 = E k E k [ J ] v = gt W = Fh E k = 1 2 v2 Odvozování pohybové energie vychází ze znalosti rovnoěrně zrychleného pohybu a pohybové rovnice (Druhý Newtonův zákon) a echanické práce. Pohybová (kinetická) energie je skalární veličina, charakterizuje pohybový stav tělesa. Pohybová energie není závislá na sěru pohybu, neuvažujee-li účinek gravitačního pole.
Potenciální energie pružnosti Zěna tvaru tělesa (deforace) způsobené vnějšíi silai ůže být: dočasná trvalá Dočasná deforace izí se zánike sil, které deforaci vyvolaly. Druhy naáhání: tahe tlake krute kobinované Trvalá deforace trvá i po po zániku sil, které deforaci vyvolaly. žádoucí tvarování nežádoucí poškození Obr. 4 Potenciální energie u pružiny W = E p = 1 2 ks2 k tuhost pružiny [N 1 ] s délka prodloužení pružiny Potenciální energii á pružné těleso, když je pružně deforováno (nataženo, stlačeno, ohnuto, zkrouceno). Velikost potenciální energie pružnosti, která je v tělese ukryta, závisí na velikosti deforace a vlastnostech pružného tělesa. Velikost potenciální energie ůžee vyjádřit také jako echanickou práci, které je těleso schopno vykonat, při navrácení se do původního tvaru před deforací. Obr. 5 Pružnost je jeden z druhů echanické energie. Hookeův zákon popisuje pružnou deforaci ateriálu působení alých sil vyvolávajících alé deforace, které po odlehčení zizí. l l = σ E l prodloužení σ echanické napětí [Pa] l délka tělesa E odul pružnosti v tahu [Pa]
Citace Obr. 1 BLIZNIAK. Mlýn, Ap Doprava, Větrný Mlýn - Volně dostupný obrázek - 112186 [online]. [cit. 15.12.2012]. Dostupný na WWW: http://pixabay.co/cs/l%c3%bdn-ap-dopravav%c4%9btrn%c3%bd-l%c3%bdn-112186/ Obr. 2, 3 Archiv autora Obr. 4 CHALUPSKÝ, Zdeněk. Soubor:Siloěr 25.png Wikipedie [online]. [cit. 15.12.2012]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/soubor:silo%c4%9br_25.png Obr. 5 MAYES, Penny. Soubor: Středověké lukostřelba reenactent.jpg - Wikipedie, otevřená encyklopedie [online]. [cit. 15.12.2012]. Dostupný na WWW: http://en.wikipedia.org/wiki/file:mediaeval_archery_reenactent.jpg Literatura SVOBODA, Eanuel. Přehled středoškolské fyziky. 2. vyd. Praha: Proetheus, 1996, 497 s. ISBN 80-719-6006-3. TVRZSKÝ, Jaroslav. Mechanika: Učební text pro 2. roč. stř. prů. škol elektrotechnických. 3. vydání. Praha: SNTL, n. p., 1965, 296 s. Redakce teoretické litertury. Wikipedia: the free encyclopedia [online]. San Francisco (CA): Wikiedia Foundation, 2001-2012 [cit. 15.12.2012 6]. Dostupné z: http://en.wikipedia.org/wiki/main_page