3.2.3. Работа и энергия

Тема: Кинетическая и потенциальная энергия. Превращение одного вида механической энергии в другой.

С каким восторгом ребенок смотрит на прыгающую лягушку или передвигающуюся по столу бабочку, которая во время движения машет крыльями. Это похоже на чудо, а мама, запустившая игрушку, в глазах ребенка выглядит просто волшебницей. Но никаких чудес здесь нет и обычный ученик 8 класса, знающий физику, может объяснить, почему движутся эти игрушки.

Разберемся в этом, ознакомившись с устройством некоторых из них. Внутри этих игрушек – пружина. Сжатая пружина обладает потенциальной энергией, за счет которой тело может совершать работу.

Когда мы заводим игрушку, поворачивая ключ, пружина внутри игрушки сжимается, увеличивается ее потенциальная энергия (рис. 3.40). Чем больше оборотов ключа мы сделаем, тем сильнее сожмем пружину, тем больший запас потенциальной энергии получит пружина. А теперь пора игрушку отпустить. Пружина внутри игрушки начинает раскручиваться, потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию игрушки. В основе работы этих игрушек лежит закон сохранения механической энергии.

Рис. 3.40

А вспомните пружинные пистолеты (рис. 3.41) с пулями-присосками. Когда мы вставляем пулю в пистолет, сжимается пружина, находящаяся внутри. Деформированная пружина обладает запасом потенциальной энергии, за счет которой при спуске курка начинается движение пули. В соответствии с законом сохранения механической энергии потенциальная энергия пружины превращается в кинетическую энергию пули-присоски. Можно объяснить и следующее за выстрелом явление присасывания пули к поверхности. Это явление можно объяснить существованием атмосферного давления. Когда присоска ударяется о поверхность, некоторая часть воздуха выбрасывается из-под присоски из-за этого удара. В результате силы атмосферного давления прижимают пулю-присоску к поверхности, т.к. атмосферное давление больше, чем давление под присоской [9].

Рис. 3.41

Демонстрация игрушки «Таинственная коробочка».

Коробочка с чертенком делается из фанеры. Она представляет собой куб с ребрами длиной в 70 мм (рис. 3.42а). Затем необходимо оклеить коробочку бумагой. В передней грани закрепить маленький проволочный крючок, а в крышку забить гвоздь, за который этот крючок можно зацепить. Для того чтобы сделать чертика, понадобится пружина не слишком толстая, но достаточно гибкая. На первом витке пружины надо сделать крючок для того, чтобы прикрепить голову чертика (рис. 3.42в). Голова делается из ваты или лоскутков, которые затем обтягивают светлой тканью. Тело (пружину) чертика можно также обтянуть тканью. Затем закрепить спираль на дне коробочки, сжать ее и закрыть крышкой на коробочке (рис. 3.42д).

Рис. 3.42

Когда откроют коробочку, то чертик выскочит, тем самым демонстрируя переход потенциальной энергии в кинетическую (см. рис. 3.42) [16].