Энергетическая диаграмма
Энергетическая диаграмма — это графическое представление того, как энергия механической системы распределяется между различными видами и изменяется в процессе движения или взаимодействия тел.
В простейшем случае используют столбчатую диаграмму: высота каждого столбца пропорциональна энергии. Например, один столбец может изображать кинетическую энергию \(E_{\text{к}}\), другой — потенциальную \(E_{\text{п}}\), а третий — внутреннюю энергию \(U\). Сравнивая диаграммы для начального и конечного состояний, можно понять, какие превращения произошли.
Основная связь
Для замкнутой системы полная энергия сохраняется. Если механическая энергия не сохраняется, её изменение связано с работой внешних сил и превращением части энергии во внутреннюю, например при трении или неупругом столкновении.
В задачах сначала выбирают два состояния системы, затем изображают энергию в каждом из них и подписывают все изменения. Такой подход является частью энергетического метода решения задач.
Тело падает без сопротивления воздуха. В верхней точке почти вся энергия представлена потенциальной: \(E_{\text{п}}=mgh\), а кинетическая энергия равна нулю. Перед ударом о землю потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая возрастает. Сумма \(E_{\text{к}}+E_{\text{п}}\) остаётся постоянной.
Энергетическая диаграмма показывает энергию, а не силу и не импульс. График работы силы отображает зависимость силы от перемещения и площадь под графиком, тогда как столбцы энергетической диаграммы сравнивают значения энергии в состояниях системы.
При падении тела без сопротивления воздуха какой столбец на энергетической диаграмме увеличивается?
Главное
- Энергетическая диаграмма показывает распределение и превращения энергии в системе.
- Высота столбцов соответствует значениям кинетической, потенциальной или внутренней энергии.
- При отсутствии потерь полная энергия сохраняется: \(E_{\text{к}}+E_{\text{п}}+U=\text{const}\); трение и внешние воздействия нужно учитывать отдельно.