IV.4.6. Conservarea energiei mecanice.

Privește imaginea de mai jos și explică de ce poate să urce o pantă trenulețul din parcul de distracții.

Trenulețul din parcul de distracții poate urca o pantă datorită energiei cinetice pe care a câștigat-o în urma coborârii altei pante.

Funcționarea lui se bazează pe transformarea continuă a energiei potențiale în energie cinetică și invers.

👀 Experiment: Conservarea energiei mecanice

Materiale necesare:
Sticlă cu apă, elastic, masă.

Descrierea experimentului:

• Leagă un elastic, de lungime egală cu înălțimea unei mese, de gura sticlei.
• Pune sticla pe masă și las-o să cadă liber.
• Ce observi ?

  Sticla cade, dar nu lovește podeaua.

Concluzia experimentului:
Sticla pe masă, fiind la o anumită înălțime față de sol, are energie potențială gravitațională. Când începe să coboare, scade energie potențială gravitațională a ei, însă elasticul se întinde și crește energie potențială elastică.
Deci energia potențială gravitațională se transformă în energie potențială elastică și de aceea sticla nu ajunge pe podea, cum se întâmplă cu alte corpuri lăsate să cadă.
Aceeași situație are loc la saltul cu coarda elastică (Bungee-jumping).

👀 Experiment: Piulița uriașă și conservarea energiei

Materiale necesare:
O piuliță (o bilă), ață.

Descrierea experimentului:

• Leagă ața de piulița și fixează firul pe marginea blatului unei mese.
• Ridică piulița într-o parte la o anumită înălțime și dă-i drumul.
• Ce observi ?

  Piulița începe să coboare și apoi urcă în cealaltă parte la aceeași înălțime la care am ridicat-o.

Concluzia experimentului:
Firul cu piuliță, fiind la o anumită înălțime față de sol, are energie potențială gravitațională. Când începe să coboare, scade energie potențială gravitațională a ei, dar crește energie cinetică a ei, devenind maximă când trece prin dreptul poziției de echilibru ( verticală ). Apoi piulița începe să urce în cealaltă parte din cauza transformării energiei cinetice în energie potențială gravitațională. Procesul s-ar repeta la nesfârșit dacă între firul cu piuliță și aerul atmosferic n-ar exista forță de frecare.
Aceeași situație are loc în parcul de distracții, când trenulețul urcă o pantă datorită energiei cinetice pe care a câștigat-o în urma coborârii altei pante.

Legea conservării energiei mecanice:

“Energia mecanică a unui corp se conservă dacă asupra sa acționează numai forțe conservative.“

E = constantă, dacă corpul este izolat de exterior și F_f = 0.

🔦 Observație

Energia se transformă dintr-o formă în alta. Ea nu poate fi creată, nici distrusă. Chimistul francez, Antoine Lavoisier, este autorul expresiei: “În natură nimic nu se pierde, nimic nu se câștigă, totul se transformă.”

Deci Universul conține o energie constantă.

🔓 Problemă rezolvată

1. Un pendul gravitațional este tras lateral la 0,3 m față de poziția de echilibru (verticală). Cu ce viteză va trece pendulul prin dreptul poziției de echilibru (starea 2)?

Rezolvare:

Desenăm mișcarea pendulului de la prima poziție (când este la înălțimea h) până la a doua poziție (când trece prin poziția de echilibru):

Scriem datele problemei și transformăm în SI:
v = ?
h = 0,3 m

Calculăm energia mecanică a pendulului în cele două stări:

Scriem ecuația legii conservării energiei mecanice și înlocuim datele problemei.