Formule kinetične energije skupaj z razlagami in primeri popolnih vprašanj

Kinetična energija je energija, ki jo ima objekt med gibanjem. Formula kinetične energije je tesno povezana z potencialno in mehansko energijo.

V tej razpravi bom podal razlago kinetične energije, skupaj s kontekstom in primeri problema, da jo bo lažje razumeti ...

… Ker se razprava o kinetični energiji zelo pogosto pojavlja v fizikalnem gradivu za mlajše in višje srednje šole, se zelo pogosto pojavlja tudi v vprašanjih o državnem izpitu.

Opredelitev energije

Energija je merilo sposobnosti dela.

Zato pri vsaki dejavnosti, ne glede na to, ali gre za premikanje mize, dvigovanje stvari, tek, potrebujete energijo.

Obstaja veliko vrst energije, glavna pa je

• Kinetična energija
• Potencialna energija

Kombinacijo kinetične energije in potencialne energije imenujemo tudi mehanska energija

Kinetična energija

Kinetična energija je energija, ki jo ima premikajoči se objekt.

Beseda kinetika prihaja iz grškega jezika, in sicer kinetikos, kar pomeni premikati se. Zato imajo vsi premikajoči se predmeti seveda kinetično energijo.

Vrednost kinetične energije je tesno povezana z maso in hitrostjo predmeta. Količina kinetične energije je neposredno sorazmerna z velikostjo mase in sorazmerna s kvadratom hitrosti predmeta.

Predmet z veliko maso in hitrostjo mora med gibanjem imeti veliko količino kinetične energije. Nasprotno, pri predmetih, katerih masa in hitrost sta majhni, je majhna tudi njihova kinetična energija.

Primeri kinetične energije so tovornjaki, ki se med vožnjo premikajo, in različna druga gibanja.

Še en primer, ki ga lahko opazite, ko mečete kamenje. Kamen, ki ga vržete, mora imeti hitrost in ima zato kinetično energijo. Kinetično energijo te kamnine lahko vidite, ko zadene tarčo pred seboj.

Potencialna energija

Potencialna energija je energija, ki jo imajo predmeti zaradi svojega položaja ali položaja.

V nasprotju s kinetično energijo, ki ima dokaj jasno obliko, torej ko se objekt premika, potencialna energija nima določene oblike.

To je zato, ker je potencialna energija v bistvu energija, ki je še vedno potencialna ali shranjena v naravi. In bo izšel šele, ko bo spremenil svoj položaj.

Primer potencialne energije, ki jo zlahka najdete, je potencialna energija v pomladi.

Ko stisnete vzmet, ima shranjeno potencialno energijo. Zato, ko opustiš oprijem na vzmeti, lahko ta stisne.

To se zgodi, ker se sprosti shranjena energija v obliki potencialne energije.

Mehanska energija

Mehanska energija je skupna količina kinetične in potencialne energije.

Mehanska energija ima določene edinstvene lastnosti, in sicer da bo pod vplivom konzervativne sile količina mehanske energije vedno enaka, čeprav sta vrednosti potencialne in kinetične energije različne.

Recimo na primer, da je mango zrel na drevesu.

Ko je v drevesu, ima mango potencialno energijo zaradi svojega položaja in nima kinetične energije, ker miruje.

Ko pa mango dozori in pade, se njegova potencialna energija zmanjša, saj se njegov položaj spremeni, medtem ko se njegova kinetična energija povečuje, ko se njegova hitrost še naprej povečuje.

Isto lahko razumete tudi, če si ogledate primer primera na toboganu.

Poleg tega se bom v tej razpravi osredotočil na temo kinetične energije.

Vrste in formule kinetične energije

Kinetična energija obstaja v več vrstah glede na svoje gibanje in vsaka ima svojo formulo kinetične energije.

Sledijo tipi

Formula kinetične energije (translacijska kinetična energija)

To je najosnovnejša formula za kinetično energijo. Translacijska kinetična energija ali tako imenovana kinetična energija je kinetična energija, ko se predmeti premikajo translacijsko.

E_k = ½ x m x v2

Informacije:

m = masa togega telesa (kg)

v = hitrost (m / s)

E_k= kinetična energija (Joule)

Formula rotacijske kinetične energije

Pravzaprav se vsi predmeti ne premikajo v linearnem prehodu. Obstajajo tudi predmeti, ki se gibljejo v krožnem ali rotacijskem gibanju.

Formula kinetične energije za to vrsto gibanja se imenuje rotacijska kinetična formula in njene vrednosti se razlikujejo od običajne kinetične energije.

Parametra vztrajnostnega momenta vrtljive kinetične energije in kotne hitrosti, ki sta zapisana v formuli:

E_{r =} ½ x I x ω2

Informacije:

I = vztrajnostni trenutek

ω = kotna hitrost

Torej, za izračun rotacijske kinetične energije morate najprej poznati moment vztrajnosti in kotno hitrost predmeta.

Relativistične formule kinetične energije

Relativistična kinetična energija je kinetična energija, kadar se objekt premika zelo hitro.

Ker je tako hiter, imajo predmeti, ki se premikajo relativistično, hitrost, ki se približuje svetlobni hitrosti.

V praksi je skoraj nemogoče, da bi veliki predmeti dosegli to hitrost. Zato to zelo veliko hitrost praviloma dosežejo delci, ki tvorijo atom.

Formula za relativistično kinetično energijo se razlikuje od običajne kinetične energije, ker njeno gibanje ni več združljivo s klasično Newtonovo mehaniko. Zato se pristop izvaja z Einsteinovo teorijo relativnosti in formulo lahko zapišemo na naslednji način

E_k = (γ-1) mc2

Kjer je γ relativistična konstanta, c hitrost svetlobe in m masa predmeta.

Energijski odnos z naporom

Delo ali delo je količina energije, ki jo sila deluje na predmete ali predmete, ki doživljajo premike.

Delo ali delo je opredeljeno kot zmnožek razdalje, ki jo prevozi sila v smeri premika.

Izraženo v obliki

W = F.s

Kjer je W = delo (Joule), F = sila (N) in s = razdalja (m).

Poglejte naslednjo sliko, da boste bolje razumeli koncept podjetja.

Vrednost dela je lahko pozitivna ali negativna, odvisno od smeri sile na njen premik.

Če je sila, ki deluje na predmet, v nasprotni smeri od njegovega premika, je opravljeno delo negativno.

Če je uporabljena sila v isti smeri kot premik, potem objekt opravlja pozitivno delo.

Če uporabljena sila tvori kot, potem se delovna vrednost izračuna samo na podlagi sile v smeri gibanja predmeta.

Delo je tesno povezano s kinetično energijo.

Vrednost dela je enaka spremembi kinetične energije.

To je označeno kot:

W = ΔE _k = 1/2 m (v ₂2 -v ₁2 )

Kjer je W = delo, = sprememba kinetične energije, m = masa predmeta, v₂2 = končna hitrost in v₁2 = začetna hitrost.

Primeri uporabe koncepta energije v vsakdanjem življenju

Primeri uporabe potencialne energije, in sicer

• Načelo dela katapulta

  V katapultu je guma ali vzmet, ki deluje kot izstreljevalec kamenja ali krogla igrač. Vlečena in zadržana guma ali vzmet ima potencialno energijo. Če se gumija ali vzmet sprosti, se potencialna energija spremeni v kinetično energijo

• Načelo delovanja hidroelektrarne

  Uporabljeni princip je skoraj enak, in sicer s povečanjem gravitacijskega potenciala zbrane vode.

Primeri uporabe kinetične energije so:

• Gibljiv kokos je padel z drevesa

  V tem primeru se kokosovo sadje premika, kar pomeni, da ima kinetično energijo. Vpliv te energije je viden tudi ob prihodu kokosa udarec v tleh.

• Brcanje žoge

  Če radi igrate nogomet, potem morate brcati tudi žogo.

Brcanje žoge je primer uporabe razmerja med kinetično energijo in delom. Žogo brcate z nogo, kar pomeni, da nanjo postavljate delo. Žoga nato ta napor pretvori v kinetično energijo, da se lahko žoga hitro premika.

Primer problema kinetične energije

Primer problemov s kinetično energijo 1

Avto z maso 500 kg vozi s hitrostjo 25 m / s. Izračunajte kinetično energijo avtomobila pri tej hitrosti! Kaj se bo zgodilo, če bo avto nenadoma zaviral?

Je znan:

Masa avtomobila (m) = 500 kg

Hitrost avtomobila (v) = 25 m / s

Na vprašanje:

Kinetična energija in dogodki, če avto nenadoma zavira

Odgovor:

Kinetično energijo limuzine lahko izračunamo na naslednji način:

Ek = 1/2. m v2

Ek = 1/2. 500. (25) 2

Ek = 156.250 džuljev

Ko avto zavira, se bo ustavil. Kinetična energija se bo spremenila v toplotno in zvočno energijo, ki nastane zaradi trenja med zavorami in osmi ter pnevmatikami na cesti.

Primer problema kinetične energije 2

Džip ima kinetično energijo 560.000 Joulov. Če ima avto 800 kg, je hitrost džipa…

Je znan:

Kinetična energija (Ek) = 560.000 džulov

Masa avtomobila (m) = 800 kg

Na vprašanje:

Hitrost avtomobila (v)?

Odgovor:

Ek = 1/2. m v2

v = √ 2 x Ek / m

v = √ 2 x 560.000 / 800

v = 37,42 m / s

Hitrost džipa je torej 37,42 m / s

Primer problema 3 Kinetična energija in delo

Blok z maso 5 kg drsi po površini s hitrostjo 2,5 m / s. Nekaj ​​časa kasneje je blok potoval s hitrostjo 3,5 m / s. Kakšno skupno delo je bilo v tem času opravljeno na bloku?

Je znan:

Masa predmeta = 5 kg

Začetna hitrost (V1) = 2,5 m / s

Hitrost končnega predmeta (V2) = 3,5 m / s

Na vprašanje:

Skupno opravljeno delo na predmetu?

Odgovor:

W = ΔE_k

Š = 1/2 m (v₂2-v₁2)

Š = 1/2 (5) ((3,5) 2- (2,5) 2)

W = 15 Joulov

Torej je skupno delo, uporabljeno za predmet, 15 Joulov.

Primer problema 4 Mehanska energija

Jabolko z maso 300 gramov pade iz poho na nadmorski višini 10 metrov. Če je gravitacijska velikost (g) = 10 m / s2, izračunajte mehansko energijo v jabolkih!

Je znan:

- masa predmeta: 300 gramov (0,3 kg)

- gravitacija g = 10 m / s2

- višina h = 10 m

Na vprašanje:

Jabolka z mehansko energijo (Em)?

Odgovor:

Če objekt pade in hitrost ni znana, se predpostavlja, da je kinetična energija (Ek) enaka nič (Ek = 0)

Em = Ep + Ek

Em = Ep + 0

Em = ep

Em = m.g.h

Em = 0,3 kg. 10 .10

Em = 30 džuljev

Zaključek

Mehanska energija, ki jo ima padlo jabolko, je 30 džuljev.

Primer problema 5 Mehanska energija

Iz stavbe je padla knjiga, težka 1 kg. Ko pade na tla, je hitrost knjige 20 m / s. Kakšna je višina zgradbe, kamor je padla knjiga, če je vrednost g = 10 m / s2?

Je znan

- masa m = 1 kg

- hitrost v = 20 m / s

- gravitacija g = 10 m / s2

Na vprašanje

Višina zgradbe (h)

Odgovorite

Em1 = ​​Em2

Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2

m1.g.h1 + 1/2 m1.v12 = m1.g.h2 + 1/2 m1.v22

Ep = največ

Ek1 = 0 (ker se knjiga še ni premaknila

Ep2 = 0 (ker je knjiga že na tleh in nima višine)

Ek2 = največ

m1.g.h1 + 0 = 0 + 1/2 m1.v₂2

1 x 10 x h = 1/2 x 1 x (20) 2

10 x h = 200

h = 200/10

h = 20 metrov.

Zaključek

Torej je višina stavbe, kamor je knjiga padla, visoka 20 metrov.

Primer problema 6 Poiščite hitrost, če je kinetična energija znana

Kolikšna je hitrost predmeta z maso 30 kg s kinetično energijo 500 J?

EK = 1/2 x mv2

500 = 1/2 x 30 x v2

500 = 1/2 x 30 x v2

v2=33,3

v = 5,77 m / s

Primer problema 7 Poiščite maso, če je znana kinetična energija

Kolikšna je masa predmeta s kinetično energijo 100 J in hitrostjo 5 m / s?

EK = 0,5 x mv2

100 J = 0,5 x m x 52

m = 8 kg

Tako razprava o formuli kinetične energije tokrat. Upajmo, da je ta razprava koristna in jo lahko razumete.

Na Saintifu lahko preberete tudi različne povzetke drugih šolskih gradiv.

Referenca

• Kaj je kinetična energija - Khan Academy
• Kinetična energija - učilnica fizike
• Kinetična, potencialna, mehanska energija | Formule, razlage, primeri, vprašanja - TheGorbalsla.com
• Napor in energija - Študijski studio