У всех видов энергии есть общее свойство: энергия ниоткуда не возникает и никуда не исчезает; она лишь переходит из одного вида в другой или от одного тела к другому. Это утверждение называется законом сохранения энергии. Пока мы изучим его качественно, поскольку количественный аспект рассматривается в старших классах.

Колебания нитяного маятника. На рисунке слева вы видите груз, качающийся на нити. Сначала его оттянули вправо, и он приподнялся на высоту h над своим нижним положением. В этот момент груз имел наибольшую потенциальную энергию под действием силы тяжести.

Когда груз отпустили, он начал двигаться влево, увеличивая скорость. Следовательно, кинетическая энергия груза возрастает. Одновременно груз опускается, и в среднем положении его потенциальная энергия становится наименьшей. Однако в этот момент скорость груза является наибольшей. Поэтому за счёт запаса кинетической энергии, продолжая двигаться влево, груз поднимается всё выше. Это приводит к возрастанию его потенциальной энергии. Одновременно скорость груза уменьшается, что вызывает уменьшение кинетической энергии.

В этом примере энергия одного и того же тела переходит из одного вида в другой: из кинетической энергии в потенциальную и наоборот. Рассмотрим теперь примеры, когда энергия переходит не только из одного вида в другой, но и от одного тела к другому.

Колебания пружинного маятника. Взгляните на рисунок. Сначала груз на пружине оттянули вниз. Пружина растянулась, следовательно, сила упругости возросла. Увеличение этой силы означает увеличение потенциальной энергии пружины.

После отпускания груза пружина сжимается. По мере её сжатия сила упругости пружины уменьшается, значит, уменьшается потенциальная энергия пружины. Однако одновременно возрастает кинетическая энергия груза, так как при разгоне вверх увеличивается его скорость. Одновременно возрастает потенциальная энергия груза под действием силы тяжести, так как груз поднимается выше. Эти превращения энергии из одного вида в другой и переходы от тела к телу происходят периодически.

В только что рассмотренном примере энергия переходила из одного вида в другие: из потенциальной под действием силы упругости в кинетическую, а также в потенциальную под действием силы тяжести, и наоборот. Кроме того, энергия переходила от одного тела к другому: от пружины к грузу, и наоборот.

1. Сформулируйте закон сохранения энергии.
2. Закон сохранения энергии в 7 классе мы изучим ...

Торможение тела силой трения. На правом рисунке сверху изображено колесо едущего поезда; снизу – то же колесо, но при торможении поезда: тормозные колодки прижались к колесу. Возникшая сила трения замедляет вращение колёс, а значит, и скорость поезда. Это приводит к уменьшению его кинетической энергии. Колодки и колесо в нижней части рисунка не случайно выделены красным цветом: они настолько сильно нагреваются из-за трения, что при касании рукой можно получить ожог.

В этом примере мы наблюдали превращение механической энергии во внутреннюю энергию: кинетическая энергия всего поезда превращалась во внутреннюю энергию его тормозных колодок, колёс и воздуха, который тоже нагревался (соприкасаясь с горячими колёсами и тормозными колодками).

Итак, все рассмотренные в этом параграфе примеры являются качественными подтверждениями всеобщего закона сохранения энергии, который иногда называют законом сохранения и превращения энергии.

3. Когда высота груза над его нижним положением была наибольшей, ...
4. У груза, начавшего движение влево, скорость возрастает, ...
5. Постепенно высота расположения груза уменьшается, и ...
6. До середины пути скорость груза возрастала, и в нижней точке ...
7. Продолжая движение влево и расходуя свою кинетическую энергию, ...
8. По мере возрастания потенциальной энергии ...
9. В рассмотренном примере энергия одного и того же тела, груза, ...
10. Опускание груза на пружине привело к тому, что ...
11. Возрастание силы упругости приводит к возрастанию ...
12. При движении груза вверх потенциальная энергия пружины убывает, так как ...
13. Убыль потенциальной энергии сжимающейся пружины с подвешенным к ней грузом приводит к тому, что ...
14. Поскольку Еп из-за действия силы упругости перешла в Еп под действием силы тяжести, а также в Ек, мы делаем вывод: ...
15. Поскольку энергия переходила не только из одних видов в другие, но и от пружины к грузу и наоборот, мы делаем вывод: ...
16. Рассмотрев превращения механической энергии, рассмотрим превращения внутренней энергии, когда происходит ...
17. Прижатие тормозных колодок к колёсам поезда приводит к тому, что ...
18. При этом уменьшение скорости движения поезда ...
19. Убыль кинетической энергии поезда приводит к тому, что его тормозные колодки и колёса ...
20. Поскольку кинетическая энергия всего поезда превращалась во внутреннюю энергию его тормозных колодок, колёс и воздуха, то ...