1. Урок № 47. Кінетична та потенціальна енергія. (ВИВЧИТИ: Фізика-10., вид-во «Ранок», 2018р., 272ст., ред. Бар’яхтар В.Г., (в електронному варіанті), *15, ст.92, ЗРОБИТИ: Впр.15(1-3,4); *16,ст..98, Впр.16(1-4)

Потенціальна енергія
Згідно з теоремою про зміну кінетичної енергії робота сили, що діє на тіло, дорівнює зміні його кінетичної енергії:

Якщо ж сили взаємодії між тілами є консервативними, то, використовуючи явні вирази для сил, ми показали (див. Механічна робота), що роботу таких сил можна представити у вигляді різниці двох значень деякої величини, що залежить від взаємного розташування тіл (або частин тіла):

Тут висоти h1 і h2 визначають взаємне розташування тіла і поверхні Землі, а подовження х1 і х2 — взаємне розташування частин тіла, наприклад витків деформованої пружини.
З формул (5.18) і (5.19) слідує, що

Кінетична енергія
Кінетична енергія тіла являє собою скалярну фізичну величину, що дорівнює добутку маси тіла на квадрат його швидкості поділену навпіл.

Формула 2.1 – Кінетична енергія.
m – Маса тіла.
V – Швидкість руху тіла.
Кінетична енергія – це енергія руху тіла. Як видно з формули вона залежить від маси тіла і що важливо від квадрата її швидкості. Кінетична енергія спочиваючого тіла дорівнює нулю. Якщо в формулу підставити нуль в чисельник, то енергія буде, рівною нулю. Кінетична енергія є частиною повної енергії тіла або системи тіл. І вона залежить від вибору системи відліку. Так як в залежності від того яку ми виберемо систему відліку буде залежати швидкість руху тіла.
Уявіть собі, що поїзд рухається по рейках так от якщо систему відліку вибрати пов’язану з поверхнею землі, то поїзд володіє деякою швидкістю і відповідно енергією. Якщо ж систему відліку помістити всередину вагона то поїзд спочиває, таким чином, кінетичною енергією він не володіє.

Малюнок 2.1 – вибір системи відліку.
Тепер розглянемо таку ситуацію. Поїзд знаходиться на платформі. Щодо землі він спочиває і не має кінетичної енергії. Далі локомотив прикладає деяку силу, щоб розігнати склад до крейсерської швидкості. Покладемо, що це сила постійна. На крейсерській швидкості склад володіє деякою кінетично. енергією, так як він рухається. При цьому напрямок прикладання сили, а також переміщення складу і позитивне спрямування системи відліку збігаються.
Як ми домовилися, сила прикладена локомотивом постійна. До виходу на постійну швидкість склад рухався рівноприскорено і пройшов певний шлях. Тобто, можна порахувати, яку механічну роботу здійснив локомотив.
Таким чином, ми отримуємо, що зміна кінетичної енергії за певний інтервал часу дорівнює роботі, яка виконується силою над тілом. Крім цього в нашому випадку початкова енергія тіла дорівнює нулю. Виходить, що робота необхідна для розгону тіла до певної швидкості, чисельно рівна кінетичній енергії.

Формула 2.2 – Механічна робота.
Ek2 – кінцева кінетична енергія.
Ek1 – початкова кінетична енергія.
Кінетична енергія вимірюється в тих же одиницях, що і робота. Тобто Джоулях. Нагадаємо, що один джоуль це сила в один ньютон витрачена на переміщення тіла на один метр. Зауважимо також, що якщо на тіло діє кілька сил одночасно, то енергія тіла буде залежати від суми робіт здійснюються цими силами.

2. Урок №48. Закон збереження механічної енергії. Застосування законів збереженняв механіці. Межі застосування законів класичної механіки. (ВИВЧИТИ: Фізика-10., вид-во «Ранок», 2018р., 272ст., ред. Бар’яхтар В.Г., (в електронному варіанті), *16, ст.98,)

https://www.fizikanova.com.ua/kontakti/pridbati-10-klas

https://habr.com/ru/post/440640/

https://naurok.com.ua/prezentaciya-zakoni-zberezhennya-v-mehanici-89026.html

Виклад основного матеріалу. Завдання фізичної науки полягає в пошуку загальних законів природи і поясненні з їх допомогою різних явищ і процесів природи. Такими законами є, наприклад, закони Ньютона, що описують рух макроскопічних тіл, які при розвязанні конкретної задачі можна розглядати як безструктурні частинки (матеріальні точки), рівняння Максвелла, що описують електромагнітні та оптичні явища, або закони квантової механіки – це закони руху частинок мікросвіту. Рух, як макроскопічних тел. так і частинок мікросвіту, і всі явища природи здійснюються в часі та просторі. Тому закони, що описують явища та рухи, зумовлені властивостями простору і часу, найважливішими з яких є однорідність часу, ізотропність та однорідність простору. Весь накопичений у фізиці експериментальний і теоретичний матеріал показує, що до цих пір не виявлено жодного факту, який ставив під сумнів зазначені властивості простору та часу. Рівняння руху в будь-якому випадку – це диференціальні рівняння, інтегрування яких, як правило, пов’язане зі значними математичними труднощами. А у випадку багатьох частинок (гази і конденсовані системи), або – коли закони взаємодії тіл або частинок взагалі невідомі, підхід до опису явищ і процесів на основі законів руху стає нездійсненним в принципі. Тому в таких випадках актуальним є використання альтернативних підходів до розвязання задач, тобто використання не законів руху, а інших загальних законів, які випливають із властивостей простору та часу, але не зводяться до диференціальних рівнянь руху. Такими альтернативними шляхами до дослідження фізичних явищ є підходи, засновані на законах збереження, які стверджують наявність деяких фізичних величин, що зберігаються в процесі руху. Пошуки величин, які залишаються постійними є надзвичайно важливим напрямком наукових досліджень. Закони збереження, на відміну від законів руху, не дають детальних вказівок на те, як повинен протікати той чи інший процес. Вони володіють лише функцією заборони: якщо якийсь процес суперечить цим законам, то всі спроби його здійснити є безперспективними, тому що такий процес неможливий. Підтвердженням цьому є численні історичні факти про 41 те, як багато навіть дуже талановитих людей намагалися побудувати вічний двигун, але всі такі «винаходи» були невдалими, оскільки суперечили закону збереження енергії. Наукове і методологічне значення законів збереження визначається їх винятковою загальністю і універсальністю. Вони діють у фізиці мікросвіту і застосовні до космічних тіл. На їх основі виконується багато найважливіших технічних розрахунків. З ними пов’язано введення в сучасну фізику цілого ряду фундаментальних ідей, що мають принципове значення. Закони збереження певною мірою служать критерієм істинності будь-якої фізичної теорії. У законах збереження відбивається найважливіший діалектико-матеріалістичний принцип незнищенності матерії та її руху, взаємозв’язок і взаємоперетворюваність відомих форм руху матерії. Рівняння руху є рівняннями, які описують зміни фізичних величин у часі і просторі. Перед уявним поглядом дослідника проходить нескінченна послідовність фізичних ситуацій. В сутності, фізика не цікавить якась одна ситуація в конкретний момент часу, яка не містить в собі руху, а цікавить саме послідовність ситуацій, за посередництвом якої здійснюється рух. При розгляді послідовності ситуацій важливим є не лише те, чим вони відрізняються, але й те, що в них спільне і що в них зберігається. Закони збереження відповідають на питання про те, що в послідовності фізичних ситуацій, які описуються рівняннями процесу, залишається незмінним, постійним. Зрозуміло, що фізична теорія повинна сформулювати це у вигляді постійних чисельних значень відповідних фізичних величин і вказати при яких умовах дані фізичні величини зберігаються. У механіці, наприклад, закони збереження в математичному сенсі зводяться до так званих інтегралів руху. Однак наявність величин, які зберігаються, виходить далеко за межі механіки – вони відіграють найважливішу роль у всіх розділах природознавства. Закони збереження, є фундаментальними законами природи, а не просто результатом математичних вправ з перетвореннями рівнянь руху. Величинами, які з часом не змінюються, для замкнутих систем є імпульс, момент імпульсу, енергія, електричний заряд. Закони їх збереження дозволяють зробити деякі висновки про характер поведінки фізичної системи навіть у тих випадках, коли для цієї системи інші закони невідомі. Крім названих, існують закони збереження, справедливі лише для обмеженого класу фізичних систем і явищ. Такі численні закони збереження в теорії елементарних частинок. Кожен закон збереження можна розглядати як конкретний прояв загального абсолютного закону збереження матерії і руху. Але не можна бути впевненим у тому, що той чи інший закон або його формулювання залишаться непорушними завжди. З розвитком науки і розширенням меж людського досвіду відбувається уточнення законів збереження. Так, у зв’язку з появою теорії відносності виявилося, що інертні властивості тіл залежать від енергії, а енергію слід визначати так, щоб вона не оберталася в нуль, коли тіло покоїться відносно обраної системи відліку. З розвитком фізики елементарних частинок виник цілий 42 ряд нових законів збереження (баріонів заряду, лептонного заряду, дивності, ізотопічного спіну, парності) [8]. Із законами збереження молода людина вперше стикається ще при вивченні фізики в школі. На даному етапі вивчення фізики існує дуже мало можливостей обґрунтування цих законів, тому школярі сприймають закони збереження догматично – як свого роду заклинання. Та, на жаль, ситуація змінюється мало і після вивчення класичної механіки, тобто після того, як повинен бути здійснений детальний аналіз законів збереження та застосування їх для вивчення інших питань, наприклад, задач Кеплера, Ньютона, процесів розпаду та злиття часинок тощо. Можна впевнено стверджувати, що всі студенти після вивчення класичної механіки готові, як заклинання, формулювати: «Імпульс, момент імпульсу та механічна енергія ізольованої системи не змінюються з часом». Але з такою ж впевненістю можна стверджувати, що через семестр після вивчення класичної механіки, лише незначна частина студентів згадає і не переплутає з якою конкретно властивістю простору та часу пов’язаний той чи інший закон збереження, а обґрунтувати своє міркування зможуть лише поодинокі студенти. Можливим поясненням такого стану речей є те, що обмаль аудиторного часу не дозволяє викладачу зосередити увагу на методологічній стороні питання, а в навчальних посібниках, за якими 50% навчального часу студенти повинні самостійно опрацьовувати матеріал, методологічним питанням теж приділяється мало уваги. Це теж має пояснення: для надання посібнику грифу МОН України існує дивна норма – кількості годин за навчальним планом повинна відповідати цілком певна кількість сторінок тексту посібника, що, зрозуміло, звужує можливості та ініціативу авторів посібників у розкритті методологічних

Орієнтовні теми для навчальних проектів – презентацій
1. Рівновага тіл.
2. Момент сили.
3. Умови рівноваги тіл.
4. Центр тяжіння. Центр маси тіла.