Temat

Energia mechaniczna i jej rodzaje

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

III. Energia. Uczeń:

1) posługuje się pojęciem pracy mechanicznej wraz z jej jednostką; stosuje do obliczeń związek pracy z siłą i drogą, na jakiej została wykonana.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Przedstawienie pojęcia energii oraz jej związku z pracą.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Zdefiniowanie pojęcia energii.

2. Przedstawienie różnych możliwości zmiany energii jednej postaci w drugą.

3. Zdefiniowanie energii mechanicznej jako sumy energii potencjalnej i kinetycznej.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- definiuje energię jako skalarną wielkość fizyczną związaną z wykonaniem pracy,

- przedstawia energię mechaniczna jako sumę energii potencjalnej i kinetycznej.

Metody kształcenia

1. Pogadanka, burza mózgów.

2. Uczenie się przez stosowanie poznanych reguł i rozwiązywanie zadań problematycznych.

Formy pracy

1. Indywidualna współpraca ucznia z nauczycielem.

2. Praca w grupach nad rozwiązywaniem zadań problemowych.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Co to jest praca?

Podaj przykłady wykonania pracy z życia wzięte.

Co jest potrzebne aby wykonać pracę?

Wniosek:

Aby wykonać pracę potrzebna jest ... .

Realizacja lekcji

[Slideshow]

Na podstawie prezentacji slajdów można sformułować następujące wnioski:

1. Aby nadać prędkość kuli podczas gry w kręgle należy wykonać pracę.

2. Rozpędzona kula przewracając kręgle wykonuje również pracę.

3. Aby odgiąć sprężystą blaszkę należy wykonać pracę.

4. Sprężysta blaszka powracając do swojego pierwotnego położenia wykonuje pracę i nadaje plastelinowej kulce energię kinetyczną.

Aby lepiej opisać powyższe sytuacje wygodnie jest wprowadzić pojęcie energii.

Definicja energii.

Energia – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan układu fizycznego jako jego zdolność do wykonania pracy.

Energia występuje w różnych postaciach np: energia kinetyczna, energia sprężystości, energia cieplna, energia jądrowa.

Energia może jedynie zmieniać swoją postać, jednak nie może być tworzona ani niszczona (zasada zachowania energii), np.: „produkcja energii” w elektrowni węglowej oznacza tylko przekształcenie energii chemicznej w elektryczną.

Praca jest jednym ze sposobów zamiany energii jednej postaci w drugą. Jednym z ważniejszych wzorów obowiązujących w fizyce jest związek pomiędzy pracą a zmianą energii:

Czyli wykonana praca jest zawsze równa zmianie energii układu.

Definicja energii kinetycznej.

Energia kinetyczna ciała jest związana z ruchem, z tym że ciało o masie m posiada pewną prędkość v:

Rozpędzony samochód osobowy posiada z pewnością energię kinetyczną. Duży samochód ciężarowy, który porusza się z nieco mniejszą prędkością może mieć nawet większą energię kinetyczną ponieważ jego masa jest znacznie większa od masy samochodu osobowego.

Definicja energii potencjalnej (grawitacyjnej).

Energia ta jest związana z oddziaływaniem grawitacyjnym pomiędzy ciałem o masie m a Ziemią (planetą). Energia ta zależy od wysokości na której znajduje się ciało i wyraża się wzorem:

Stała g nazywa się przyspieszeniem grawitacyjnym (przyspieszenie swobodnego spadku) i jej wartość dla Ziemi wynosi:

Definicja energii mechanicznej.

Energią mechaniczną będziemy nazywać sumę energii kinetycznej i potencjalnej ciała:

Polecenie 1

Oblicz energię kinetyczną kuli karabinowej o masie 10 g poruszającej się z prędkością o wartości 800 $\frac{m}{s}$ Porównaj tę energię z energią kinetyczną biegnącego chłopca o masie 50 kg poruszającego się z prędkością o wartości 8 $\frac{m}{s}$.

Polecenie 2

Oblicz zmianę energii potencjalnej książki o masie 0,5 kg przeniesionej z podłogi na półkę znajdującą się na wysokości 2 m. Jaką najmniejszą pracę przy tym należało wykonać?

Polecenie 3

Samochód o masie 1000 kg porusza się z prędkością o wartości 72 $\frac{km}{h}$ i uderza w przydrożne drzewo. Z jakiej wysokości musiałby spaść ten samochód, aby uderzyć o Ziemię z taką samą energią kinetyczną? Wyciągnij odpowiednie wnioski na temat skutków takiego uderzenia.

Podsumowanie lekcji

Energia jest fizyczną skalarną wielkością opisującą stan układu ciał i jego zdolność do wykonania pracy.

Energii nie można ani zniszczyć ani stworzyć. Możliwa jest natomiast zamiana jednej postaci energii w drugą.

Jedną z form zamiany energii jest wykonywanie pracy.

Energia mechaniczna jest sumą energii kinetycznej, związanej z ruchem) oraz energii potencjalnej grawitacyjnej (związanej z oddziaływaniami grawitacyjnymi).