¿Cómo determinar si se conserva la energía mecánica?
Método para juzgar si se conserva la energía mecánica (E=EK+EP)
1 A juzgar desde la perspectiva del trabajo:
① Solo afectado por la gravedad. o fuerza de resorte (como varios proyectiles, sin contar la resistencia del aire)
②Sujeto a otras fuerzas, ¡pero otras fuerzas no funcionan! O la suma algebraica del trabajo realizado por otras fuerzas es cero.
2. A juzgar desde la perspectiva de la conversión de energía:
Si solo hay conversión mutua de energía cinética y energía potencial en el sistema pero no conversión de energía mecánica y otras formas de energía. , entonces se conserva la energía mecánica del sistema objeto.
3. Para problemas como explosiones, tensado repentino de cuerdas, colisiones inelásticas, etc., a menos que se especifique lo contrario, no se debe conservar la energía mecánica.
En un sistema de objetos en el que solo la gravedad o la fuerza elástica realizan trabajo (o sin la acción de otras fuerzas externas), la energía cinética y la energía potencial (incluidas la energía potencial gravitacional y la energía potencial elástica) del sistema de objetos se convierten entre sí, pero la energía mecánica total La energía sigue siendo la misma. Esta ley se llama ley de conservación de la energía mecánica.
1. Condiciones para la conservación de la energía mecánica del sistema
Si la fuerza externa sobre el sistema satisface una de las condiciones, se podrá conservar la energía mecánica del sistema. Determinar si la energía mecánica se conserva no es sólo un análisis de las fuerzas externas sobre el sistema, sino que también depende de la fuerza interna recibida. Si la fuerza externa sobre el sistema satisface una de las condiciones anteriores y la fuerza interna sobre el sistema satisface una de las siguientes condiciones, entonces la energía mecánica del sistema se conserva.
Cuando el trabajo realizado por las fuerzas internas y externas sobre el sistema se utiliza para juzgar la conservación de la energía mecánica del sistema, las fuerzas externas e internas deben cumplir las condiciones anteriores al mismo tiempo, y luego la energía mecánica se conserva.
2. Ejemplos de aplicación
Ejemplo 1 Como se muestra en la Figura 1, ¿se conserva la energía mecánica de un objeto que se mueve a una velocidad uniforme sobre un terreno horizontal liso?
Figura 1
Análisis: Es un dicho común decir la energía mecánica de un objeto en esta pregunta, de hecho, debería ser la energía mecánica del sistema compuesto por él. objeto y la tierra. Seleccione el objeto y la Tierra como sistema de investigación y realice un análisis de fuerza sobre ellos:
Fuerza externa: no afectada por la fuerza externa;
Fuerza interna: gravedad, fuerza de soporte;
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La fuerza de apoyo no realiza ningún trabajo y la conservación de energía mecánica del sistema se puede juzgar a partir de las condiciones de conservación de energía mecánica.
Ejemplo 2 Como se muestra en la Figura 2, ¿se conserva la energía mecánica de un objeto que se mueve en línea recta a una velocidad uniforme bajo la acción de la horizontal F sobre un terreno horizontal rugoso?
Análisis: Seleccione el objeto y la tierra como sistema de investigación, y realice un análisis de fuerza sobre ellos:
Fuerza externa: afectada por la fricción y la tensión F
Con base en las condiciones de conservación de la energía mecánica, se puede juzgar que la energía mecánica del sistema no se conserva.
Ejemplo 3 Como se muestra en la Figura 3, el objeto está sujeto a una fuerza de tracción hacia abajo paralela a la superficie inclinada y se mueve hacia abajo a lo largo de la superficie inclinada. Se sabe que la magnitud de la fuerza de tracción es exactamente igual a la fuerza de fricción sobre el objeto. ¿Se conserva la energía mecánica durante el movimiento del objeto?
Análisis: Si se seleccionan el plano inclinado, el objeto y el suelo para formar el sistema de investigación, entonces:
Fuerzas internas: fuerza de fricción, fuerza de apoyo N, gravedad G;
Fuerza externa: fuerza de tracción hacia abajo F a lo largo de la pendiente;
Con base en la condición de conservación de energía mecánica, se puede juzgar que la energía mecánica del sistema no se conserva. Si eliges objetos y el suelo para formar un sistema, entonces:
Fuerzas internas: gravedad G, fuerza de apoyo N
Fuerzas externas: fuerza de tracción F, fuerza de fricción (la suma; de su trabajo máximo es cero);
La conservación de energía mecánica del sistema se puede juzgar a partir de las condiciones de conservación de energía mecánica. Se puede ver que la conservación de la energía mecánica del sistema está relacionada con los objetos seleccionados como sistema de investigación.