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第七讲:机械能守恒定律 英才班by赵常青

第七讲:机械能守恒定律 英才班by赵常青

作者: 一语寄相思R | 来源:发表于2019-03-06 22:15 被阅读0次

    第七讲:机械能守恒定律


    数学符号

    滑动摩擦系数为 \mu

    对应的代码为
    $\mu$


    知识点

    • 势能

      • 重力势能: E_p=mgz
      • 弹性势能:E_p =\frac{1}{2}kx^2
      • 万有引力势能:E_p =-G\frac{m_1 m_2}{r_2}
    • 保守力的功

      • 直观感受:

        • 保守力做功,将使得机械能在各物体之间转移,而无增减。
        • 外力对系统做功,系统机械能增加。
        • 内部摩擦力做功,系统机械能减少。
      • 保守力包括:

      • 重力的功:W=mgz_{初}-mgz_{末}

      • 弹性的功:W=\int_{A}^{B} \vec{F} d \vec{r} =\int_{a}^{B} kx(-vec{i} )d\vec (+i )=\int_{x^A}^{x_B} kx dx(-\vec{i} \cdot \vec{i}) =- \frac{1}{2}kx^2|_{x_A}^{x_B}=\frac{1}{2} kx_A^2-\frac{1}{2} kx_B^2= \frac{1}{2} (2 \Delta l)^2

      • 万有引力的功:W=W=\int dW=\int_{r_A}^{r_B} G \frac{Mm}{r^2} dr=G \frac{Mm}{r}|_{r_A}^{r_B}=-G \frac{Mm}{r_B}-G \frac{Mm}{r_A}=-G \frac{Mm}{r_A}

    • 机械能守恒定律

      • 条件:外力与内部摩擦力对系统做总功为零
      • 合外力为零,机械能守恒吗?请举出反例。
        例如,两块橡皮泥碰撞后粘在一起。

    机械能不守恒的处理


    例题


    • 例1.

      如图所示。M处于弹簧原长度处,手托着m,使得绳子处于蹦紧状态,整个系统静止。现在松手,让m下降x的距离。求m的速度v(x)

    g4280.png
    • 若不计摩擦力,请从功能的角度,分析能量的转移,并列出能量转移方程。
    • 若滑动摩擦系数为\mu,请从功能的角度,并分析能量转移方程。

    解答:mgx=\frac{1}{2}(m+M)v^2+\frac{1}{2}kx^2 (无摩擦时)
    v(x)=\sqrt {\frac{2mgx-kx^2}{m+M}}

    mgx=\frac{1}{2}(m+M)v^2+\frac{1}{2}kx^2+|W_f|=\frac{1}{2}(m+M)v^2+\frac{1}{2}kx^2+\mu mgx (重力势能转化为M和m的动能+弹簧弹性势能+摩擦力做功)
    v(x)=\sqrt {\frac{2mgx-kx^2-2\mu mgx}{m+M}}

    • 也即,当没有摩擦力并且万有引力不做功时,机械能守恒。(合外力不做功\neq合外力为零

    • 当没有摩擦力且合外力为零(能做功)时,机械能守恒。

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