Условие
Санки скатываются с горки и по инерции едут дальше по горизонтальной дороге, пока не остановятся. Объясни, почему санки на горке разгоняются, почему останавливаются на ровном месте и куда «пропадает» их механическая энергия. Нарушается ли при этом закон сохранения энергии?
Что известно и что ищем
- Известно, что на горке санки разгоняются, а на горизонтальном участке постепенно останавливаются.
- Известно, что при трении механическая энергия переходит во внутреннюю.
- Ищем объяснение обоим участкам и ответ на вопрос о законе сохранения энергии.
Ход решения
- Шаг 1. Разбираем спуск. На верху горки у санок есть энергия положения. Скатываясь, они теряют высоту и набирают скорость: энергия положения переходит в энергию движения, поэтому санки разгоняются.
- Шаг 2. Разбираем горизонтальный участок. Высота не меняется, значит энергия положения не меняется, но санки постепенно замедляются — уменьшается энергия движения.
- Шаг 3. Ищем, куда уходит энергия. На санки действует сила трения, и работа этой силы отрицательна: она направлена против движения. Механическая энергия санок переходит во внутреннюю энергию — полозья и снег немного нагреваются.
- Шаг 4. Отвечаем про закон сохранения. Полная механическая энергия действительно уменьшилась (санки остановились), но это не нарушение закона: механическая энергия не исчезла, а превратилась во внутреннюю. Полная энергия замкнутой системы сохраняется.
- Шаг 5. Сравниваем с идеальным случаем. Если бы трения не было совсем, санки не остановились бы, а механическая энергия сохранялась бы в неизменном виде — именно это и утверждает закон сохранения механической энергии.
Проверь себя
- Ответ: на спуске энергия положения переходит в энергию движения, на ровном месте энергия движения переходит во внутреннюю из-за трения; закон сохранения энергии не нарушается.
- Проверка вывода: санки остановились, значит механическая энергия уменьшилась — и в объяснении должно быть названо, во что она перешла. Если этого нет, объяснение неполное.
- Ловушка: сказать, что энергия «израсходовалась» или «пропала». Она перешла в другой вид, а не исчезла.
Как объяснить ребёнку
«Энергия не пропадает, она только меняет вид. На горке высота превратилась в скорость. На ровном месте скорость ушла в тепло: полозья и снег чуть нагрелись. Поэтому санки встали, но закон сохранения энергии цел».
Тема для отчёта родителю
«Закон сохранения механической энергии и роль трения».
Формулировка задания — наш аналог по теме, а не текст из учебника.