在解决问题时,常常需要判断机械能是否守恒。 如果你熟悉一些机械能守恒的例子,你可以大大加快解决问题的速度。
下面通过生活中和解决问题时经常遇到的机械能守恒的例子进行分析。
1、物体自由落体以及物体与弹簧的相互作用
当物体自由落体时,它在撞击地面之前仅受到重力的影响。 当然,只有重力起作用,因此物体的机械能是守恒的。 (注:重力势能是物体和地球共有的,通常称为物体的重力势能)
如果身体自由下落,然后撞击垂直的弹簧,系统只有重力和弹簧力做功,机械能的内能相互转换。 由物体和弹簧组成的系统的机械能也是守恒的。
在下面的场景中,物体和弹簧系统的机械能也是守恒的。
正如您稍后将了解到的,这是一个水平弹簧振荡器
稍后您将了解到这是一个垂直弹簧振荡器
2.各种抛射运动
无论是垂直、水平还是倾斜抛掷机械能守恒,都只受重力影响,只有重力起作用,物体的机械能守恒。
3. 简单摆模型
解决问题时经常会遇到摆模型。 虽然物体也被绳子拉着,但绳子拉力的瞬时功率始终为零,所以拉力不做功,只有重力对物体做功,物体的机械能守恒。
大角度摆动时,机械能也守恒
特别注意下面这个模型,很容易出错。 绳子拉紧前后,物体的机械能不守恒。
绳子拉紧前后,机械能不守恒
但在下面的模型中,在绳子撞击钉子之前和之后,球的机械能是守恒的。
绳子撞击钉子前后,球的机械能守恒,因此球的线速度保持不变。
4. 在固定光滑轨道上运动的物体
对于固定的光滑轨道,无论是直斜面、四分之一圆弧、半圆,还是其他不规则轨道或管状轨道,支撑力对物体都不起作用。 只有重力对物体起作用,物体的机械能守恒。
伽利略的理想倾斜实验
5.放置在水平光滑地面上的不固定的光滑轨道。 对于由物体和轨道组成的系统,机械能是守恒的。
当光滑轨道固定时,支撑力对物体不做功,物体的机械能守恒。 如果轨道是光滑的,放置在光滑的水平地面上且不固定,则支撑力将对物体和轨道做功,但功的代数和为零。 因此,如果将物体和轨道作为一个系统来研究,则机械能是守恒的。
支撑力对系统所做的功的代数和为零,系统的机械能守恒。
6. 绳索连接器
如下所示。
在球落地之前,系统的机械能守恒
绳子的张力对两个球都起作用,因此当单独研究一个球时,机械能不守恒。 但绳子对两个球所做的功的代数和为零。 对于系统来说,机械能是守恒的。
绳索连接器有两点需要注意。 首先,球落地前后系统的机械能不守恒; 其次,如果绳子最初没有拉紧,但后来拉紧,甚至断裂,则机械能不守恒。
7.光滑地面上用弹簧连接的物体
对于由物体和弹簧组成的系统机械能守恒,系统的机械能是守恒的。