Тема: "Уменьшение механической энергии под действием сил трения"

Цель: установить взаимосвязь между кинетической и потенциальной энергиями  и работой силы трения, развивать самостоятельность,  расширять  технический кругозор учащихся.

Оборудование: презентация.

Ход урока.

Организация класса. Актуализация знаний. Сформулировать закон сохранения механической энергии Тело свободно падает с высоты h.  Сравнить кинетические  и потенциальные энергии тела в положениях 1 и 2.

Найти соответствие между столбиками:

F  Вт 

E  м

V  м/с

S  Дж

N  Н

Какие физические величины можно найти по формулам:

F*S,  N/V,  Kx2 /2,  mgh,  mv2 /2

Изучение нового материала.

  Рассмотрим влияние сил трения на изменение механической энергии системы.
Если в изолированной системе силы трения совершают работу при движении тел относительно друг друга, то ее механическая энергия не сохраняется. В этом легко убедиться, толкнув книгу, лежащую на столе. Из-за действия силы трения книга почти сразу останавливается. Сообщенная ей механическая энергия исчезает. Сила трения совершает отрицательную работу и уменьшает кинетическую энергию. Но потенциальная энергия при этом не увеличивается. Поэтому полная механическая энергия убывает. Кинетическая энергия не превращается в потенциальную.

Мы уже много раз говорили о том, что силы трения способствуют потерям энергии. В этом легко можно убедиться, покатив мяч по земле. Мяч через некоторое время остановится, а, следовательно, потеряет всю свою кинетическую энергию. При этом его потенциальная энергия не увеличится. Это значит, что силы трения, как и другие силы сопротивления, не являются консервативными. Как бы тело ни двигалось, силы сопротивления будут препятствовать этому движению, независимо от того, двигается это тело по замкнутому контуру или нет.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Рассмотрим простой пример: вы подбрасываете мяч вверх. Вы прекрасно знаете, что сила тяжести совершает отрицательную работу, препятствуя движению мяча вверх.

Но, как только мяч достигнет наивысшей точки, он начнет падать вниз, набирая скорость, и сила тяжести будет совершать положительную работу. Сила сопротивления воздуха же, в любом случае направлена в сторону, противоположную движению мяча. Поэтому, независимо от того, двигается ли мяч вверх или вниз, сила сопротивления воздуха совершает отрицательную работу. Значит, её суммарная работа на замкнутом контуре не равна нулю, и, поэтому, сила сопротивления воздуха неконсервативная.

  Таким образом, силы сопротивления всегда совершают отрицательную работу. Конечно, это не значит, что неконсервативные силы способны уничтожать энергию. Просто механическая энергия переходит в другие формы энергии (как правило — во внутреннюю энергию) в результате нагревания тел под действием сил сопротивления.

Если вы возьмете деревянный брусок и потрете его о поверхность стола достаточно сильно (или долго), то убедитесь, что соприкасающиеся поверхности нагрелись. При ударе молотком о наковальню, кинетическая энергия молотка также перейдет во внутреннюю энергию: кинетическая энергия молекул молотка и наковальни увеличится. В любой системе, состоящей из больших макроскопических тел, действуют силы трения. Следовательно, даже в изолированной системе движущихся тел механическая энергия обязательно убывает. Постепенно затухают колебания маятника, останавливается машина с выключенным двигателем и т. д.
Но убывание механической энергии не означает, что эта энергия исчезает бесследно. В действительности происходит переход энергии из механической формы в другие. Обычно при работе сил трения происходит нагревание тел, или, как говорят, увеличение их внутренней энергии. Нагревание при действии сил трения легко обнаружить. Для этого, например, достаточно энергично потереть монету о стол. С повышением температуры повышается кинетическая энергия теплового движения молекул или атомов. Следовательно, при действии сил трения кинетическая энергия тела превращается в кинетическую энергию хаотично движущихся молекул.

В двигателях внутреннего сгорания, паровых турбинах, электродвигателях и т. д. механическая энергия, наоборот, появляется за счет убыли энергии других форм: химической, электрической и т. д.
Во всех процессах, происходящих в природе, как и в создаваемых приборах, устройствах всегда выполняется закон сохранения и превращения энергии: энергия не исчезает и не появляется вновь, она может только перейти из одного вида в другой.
IV. Закрепление нового материала.

В каких случаях механическая энергия системы сохраняется? Почему сила трения является неконсервативной? Во что переходит механическая энергия в системе, в которой действуют силы трения?

Решение  задач.

Тело массой 1 кг без начальной скорости скользит по наклонной плоскости высотой 50 см и приходит к её основанию со скоростью 4м/с. Найти работу по преодолению силы трения. Мальчик на санках скатывается с холма высотой 10 м. Общая масса мальчика и саней равна 45 кг. Найдите работу силы тяжести и работу силы трения, если у подножья холма мальчик достиг скорости, равной 12 м/с.

Итоги урока.

Что нового узнали?

Что уже знали?

Рефлексия.

Я не знал… -

Теперь я знаю…

Домашнее задание: §51.