Екінші жағынан механикалық жүйенің белгілі бір күйіне тән энергия сәйкес келеді. Бір күйден екіншісіне өту жүйенің энергиясының өзгеруімен анықталады. Механикалық процесс жағдайында бұл ауысу жұмыс істеу арқылы іске асырылады. Осыған байланысты, басқаша анықтама:
Жүйенің энергиясы оның күйінің функциясы болып табылады.
Ал орта мектептегі анықтамасы: энергия - денелердің жұмыс істеу қабілеттілігін анықтайды.
Екінші анықтаманың да кемшіліктері бар. Дененің күйін анықтайтын көптеген шамалардан энергияны қалай бөліп алып қарастыруға болады. Орта мектеп оқушылары үшін «жүйенің күйі» қарапайым ұғым емес. Бұл ұғым да энергияға байланысты құбылыстарды оқып үйренгенде оқушылардың білімдерін толықтыруда, ойлау қабілеттерін дамытуда көптеген қосалқы жұмыстарды қажет етеді.
Сондықтан да осындай мағынадағы анықтамамен энергия ұғымын қалыптастыруды бастауға болмайды. Бірақта орта мектепті бітіретін оқушыларды энергияның осы анықтаманы түсінуге алып келу қажет.
Үшінші анықтамадан энергия ұғымын енгізу үшін алдымен жұмыс ұғымын анықтау керек. Сонымен бірге жұмыс ұғымы энергия ұғымы арқылы ашылады. Мұндай жағдайда логикаға қойылатын қарапайым талап (бір сөздің мәнін қайталай беру) бұзылады (яғни энергия дененің жұмыс істей алатындығын көрсетеді, ал істелген жұмыс энергияның өзгерісіне тең).
Тежелу жолын есептегенде мына теңдеуді алады . Теңдіктің сол жағы кинетикалық энергия, ал оң жағын механикалық жұмыс деп атайды. Дене осындай энергия алу үшін, ол осыған сәйкес жолды жүріп өтуі қажет. Потенциалды энергия кинетикалық энергияның пайда болуының «қоры» ретінде енгізіледі. Кинетикалық энергия мен потенциалдық энергияның қосындысының тұрақтылығынан механикалық энергия ұғымы енгізіледі. Механикалық процестерде ол сақталып қана қоймайды, әрі бір-біріне айнала алады.
3.Механикалық жұмыс
Бағдарлы мектепте механикалық жұмыс ұғымын оқып үйренуді бірнеше кезендерге бөлуге болады.
1 кезең - негізгі мектепте өткен жұмыс ұғымы туралы алған білімдерін қайталау. Дененің қозғалу бағыты бойынша әсер ететін күштің жұмысы күш пен жолдың көбейтіндісіне тура пропорционал
2 кезең- механикалық жұмыс ұғымының анықтамасын одан ары дамытып нақтылау. Тұрақты күштің жұмысы күш пен орын ауыстыру векторларының модульдерінің көбейтіндісін сол векторлар арасындағы бұрыштың косинусына көбейткенге тең. өрнегіндегі мәндеріне әртүрлі шамалар беріп зерттеудің нәтижесінде, жұмыстың оң, теріс және нольге тең болатандығын анықтау.
3 кезең- жұмыстың механикадағы барлық күштер арқылы өрнектелетін теңдеуін қарастыру: - ауырлық
күшінің жұмысы; серпімділік күшінің жұмысы; А=Ғ үйкl үйкеліс күшінің жұмысы.
4 кезең- жұмысты график түрінде бейнелеу және есептеу, күш тұрақты болғанда немесе сызықтық түрде өзгерген жағдайда.
5 кезең - қуат ұғымын нақтылау. Негізгі мектепте, оқушылар қуат ұғымының анықтамасымен танысады . Ал жоғарғы сыныпта қуаттың өрнегін алып, оны талдайды. Қортындысында әртүрлі қозғалтқыштардың кесте түрінде берілген қуатымен танысады.
6 кезең- жұмыстың салыстырымдылық сипатын ашу. Жұмыстың санақ жүйесіне байланысты анықталатанын нақты мысалдар арқылы түсіндіру қажет. Мысалы: қолында сумкасы бар оқушы, қозғалыстағы лифте тұр. Лифтпен байланысқан санақ жүйесінде және «Жермен» байланысқан санақ жүйесіндегі күштің жұмысы туралы не айтуға болады? Қол сумкаға белгілі бір тұрақты күшпен әсер етеді. Лифтпен айланысқан санақ жүйесінде жұмыс нольге тең (орын ауыстыру жоқ). Ал «Жермен» байланысқан санақ жүйесінде лифт қозғалыста, яғни жұмыс істеледі.
4.Механикалық энергия және оның сақталу заңы
Негізгі мектеп курсында оқушылар энергия туралы мағлұмат алды. Ал жалпы білім беретін мектептің жоғарғы сыныптарында оны одан ары дамытып және энергия ұғымын қалыптастыру қажет.
Механикалық знергияның ең қарапайым түрі кинетикалық энергия. Ол барлық жағдайда (материялық нүкте үшін де) масса мен жылдамдықтың квадратының көбейтіндісімен анықталады. Потенциалдық энергия өзара әсерлесу күштеріне байланысты болғандықтан өрнегі өзгеріп отырады. Сондықтан да механикада энергия ұғымын кинетикалық энергиядан бастап қалыптастырған дұрыс.
Кинетикалық энергия. Жұмыстың анықтамасын және Ньютонның екінші заңын пайдаланып материялық нүктеге әсер ететін кез келген күштің жұмысы кинетикалық эпергияның өзгерісіне , яғни өрнегіндегі жылдамдықтың өзгерісіне тең екенін көрсету қиын емес. Кинетикалық энергия үшін күштің қай түрі болса да, ауырлық күші ме, серпімділік күші ме, үйкеліс күші ме бәрі бір. Егерде күш жұмысы оң болса (А > 0) кинетикалық энергия артады ( ), теріс болса (А < 0) кинетикалық энергия кемиді ( ). Жүйенің кинетикалық энергиясы, осы жүйеге кіретін денелердің кинетикалық энергияларының қосындысына тең болады.
Потенциаддық энергия инерциалды санақ жүйелерін таңдауға байланысты емес, себебі ол өзара әсерлесуші денелердің арасындағы қашықтыққа байланысты функция болып табылады.
Кинетикалық және потенциалдық энергия ұғымын бекіту үшін еселтер шығарылады. Бұл жаттығу немесе практикалық сипаттағы есептер болуы мүмкін. Мысалы тежелу жолын анықтауға арналған.
Оқушылар сыртқы күштер тек кинетикалық энергияны өзгертетінін, ал өзара әсерлесу - потенциалдық энергияны -өзгертпейтінін түсіне бермейді. Потенциалдық энергияның өзгерісі өзара әсерлесуші күштің (ішкі күш) істеген жұмысымен анықталады.
Осы қарастырғандардан барып істелген жұмыстың есебінен кинетикалық энергия артқанда потенциалдық энергия кемиді (және керісінше), яғни тұйық жүйеде энергияның сақталу заңы орындалады.
Үйкеліс күші әсер еткендегі энергияның сақталу заңын міндетгі түрде қарастыру керек. Бұл кезде үйкеліс күшінің жұмысы жүйенің кинетикалық энергиясын азайтады. Соған қарамай үйкеліс күшінің әсерінен потенциалдық энергия артпайды, тартылыс және серпімділік күштерінің (консервативтік күштер) жағдайындағыдай. Себебі үйкеліс күші өзара әсерлесетін денелердің ара қашықтығына емес, олардың салыстырмалы жылдамдығына байланысты. Бұл күштің жұмысы оның кеңістіктегі алатын бастапқы немесе соңғы орындарына емес, траекториясына байланысты.
Осы дәріске ағымдық, аралық, қорытынды бақылау бойынша тест тапсырмалары және сұрақтар
1. Импульстің сақталу заңы қалай тұжырымдалады?
2. Жұмыс және энергия ұғымдарына ғылыми әдістемелік талдау жасаңыз.
3. Механикалық жұмыс деген не?
4. Механикалық энергия және оның сақталу заңын тұжырымдаңыз.
1
|
№ 11
дәріс
|
|
Достарыңызбен бөлісу: |
