Віртуальна лабораторна робота № 3. Дослідження закону збереження механічної енергії (Засєкіна 9 клас)

• Назад до змісту довідника
• Перейти до параграфа § 7. Досліджуємо механічну роботу й енергію

Тема: Дослідження закону збереження механічної енергії за допомогою стовпчастої діаграми.

Мета: дослідити перетворення потенціальної енергії в кінетичну і навпаки під час руху тіла під дією сили тяжіння, перевірити збереження повної механічної енергії за відсутності тертя та з’ясувати вплив сили тертя за стовпчастою діаграмою.

Обладнання: віртуальна симуляція PhET «Енергія на треку для скейта» (Energy Skate Park).

Віртуальна симуляція

🔗 Відкрити симуляцію «Енергія на треку для скейта» (PhET)

Ознайомлення із симуляцією:

1. Відкрий симуляцію та увімкни відображення стовпчастої діаграми енергій (Стовпчаста діаграма / Bar Graph).
2. Запусти рух тіла (скейтера) по U-подібній траєкторії та спостерігай зміну висоти та швидкості.
3. Зверни увагу на співвідношення потенціальної, кінетичної та повної енергій.

Хід роботи

Завдання 1. Перетворення енергій без урахування тертя

Умова досліду: тертя вимкнене (перемикач «Тертя» у положенні None / Немає). Тіло рухається по траєкторії під дією сили тяжіння.

1. Запусти тіло з максимальної висоти.
2. Спостерігай значення потенціальної та кінетичної енергій у верхній, середній і нижній точках траєкторії.
3. Порівняй повну механічну енергію в різних положеннях тіла.

Висновок до Завдання 1: За відсутності сили тертя повна механічна енергія тіла зберігається незмінною ($E = E_p + E_k = \text{const}$), а потенціальна та кінетична енергії безперервно переходять одна в одну.

Завдання 2. Вплив тертя на механічну енергію

Умова досліду: увімкни тертя (встанови повзунок «Тертя» у середнє положення) та повтори спостереження для тих самих положень тіла.

Висновок до Завдання 2: За наявності сили тертя повна механічна енергія не зберігається, а зменшується, оскільки перетворюється на внутрішню (теплову) енергію ($E_{\text{мех}} \to Q$).

Завдання 3. Аналіз стовпчастої діаграми енергій

Завдання: порівняй вигляд стовпчастих діаграм енергій для випадків без тертя і з тертям.

Висновок до Завдання 3: Стовпчаста діаграма підтверджує закон збереження: висота стовпчика повної енергії стала; без тертя енергія розподіляється лише між $E_p$ і $E_k$, а з тертям — незворотно переходить у червоний стовпчик тепла.

Висновки

1. Без тертя: повна механічна енергія замкненої системи тіл зберігається незмінною ($E = E_p + E_k = \text{const}$).
2. З тертям: повна механічна енергія не зберігається, а переходить у внутрішню теплову форму ($\Delta E_{\text{мех}} = Q$).
3. За діаграмою PhET: загальна енергія системи завжди стала, змінюється лише її розподіл між механічною та тепловою формами.