Zakon o ohranjanju energije: razlage, formule in primeri problemov

Zakon o ohranjanju energije pravi, da energije ni mogoče ustvariti ali uničiti, lahko pa se spreminja iz ene oblike energije v drugo.

Dejavnosti, ki jih opravljamo vsak dan, so spremembe energije iz ene oblike v drugo.

Po definiciji Cambridgeovega slovarja je energija moč za opravljanje dela, ki proizvaja svetlobo, toploto ali gibanje ali gorivo ali elektriko, porabljeno za napajanje.

Na primer, ko jemo, kemično energijo iz hrane pretvorimo v energijo, s katero se premikamo. Vendar se energija ne bo spremenila, ko bomo še vedno. Energija bo še naprej obstajala. Sledi zvok zakona o ohranjanju energije.

Razumevanje zakona o ohranjanju energije

"Količina energije v zaprtem sistemu se ne spremeni, ostala bo enaka. Te energije ni mogoče niti ustvariti niti uničiti, lahko pa se spreminja iz ene oblike energije v drugo. "

Ustanovitelj zakona o ohranjanju energije je James Prescott Joule, znanstvenik iz Anglije, rojen 24. decembra 1818.

Zakon o ohranjanju mehanske energije  v obliki vsote kinetične in potencialne energije. Potencialna energija je energija, ki je prisotna v predmetu, ker se objekt nahaja v polju sile. Medtem je kinetična energija energija, ki jo povzroči gibanje predmeta, ki ima maso / težo.

Sledi pisanje formule za obe energiji.

Informacije

E_K = Kinetična energija (Joule)

E_P = Potencialna energija (Joule)

m = masa (kg)

v = hitrost (m / s)

g = gravitacija (m / s2)

h = višina predmeta (m)

Vse enote za količino energije so Joules (SI). Poleg tega je v tej potencialni energiji delovanje te sile enako negativni spremembi potencialne energije sistema.

Po drugi strani pa je sistem, ki doživlja hitrost, skupni napor, ki deluje na ta sistem, enak spremembi kinetične energije. Ker je delovna sila le konzervativna sila, bo tudi skupni napor na sistemu enak negativni spremembi potencialne energije.

Če kombiniramo ta dva koncepta, se bo pojavilo stanje, v katerem je skupna sprememba kinetične energije in sprememba potencialne energije enaka nič.

Iz druge enačbe je razvidno, da je vsota začetne kinetične in potencialne energije enaka vsoti končne kinetične in potencialne energije.

Vsota te energije se imenuje mehanska energija. Vrednost te mehanske energije je vedno konstantna, pod pogojem, da mora biti sila, ki deluje na sistem, konzervativna sila.

Formula zakona o ohranjanju energije

Vsaka celotna energija v sistemu (tj. Mehanska energija) mora biti vedno enaka, zato ima mehanska energija pred in po njej enako velikost. V tem primeru se lahko izrazi kot

Primer zakona o ohranjanju energije

1. Sadje na podrtem drevesu

Ko bo sadje na pohom, bo mirno stalo. To sadje bo imelo potencialno energijo zaradi višine plodov od tal.

Če sadje pade z drevesa, se bo potencialna energija začela pretvarjati v kinetično. Količina energije bo ostala nespremenjena in bo celotna mehanska energija sistema.

Tik preden se sadje udari o tla, se bo celotna potencialna energija sistema zmanjšala na nič in imela bo samo kinetično energijo.

2. Hidroelektrarna

Mehanska energija vode, ki pada s slapa, se uporablja za obračanje turbin na dnu slapa. To vrtenje turbine se uporablja za proizvodnjo električne energije.

3. Parni stroj

Parni motorji delujejo na paro, ki je toplotna energija. Ta toplotna energija se pretvori v mehansko energijo, ki se uporablja za pogon lokomotive. To je primer pretvorbe toplotne energije v mehansko

4. vetrnice

Kinetična energija vetra povzroči, da se rezila vrtijo. Vetrnice pretvarjajo kinetično energijo vetra v električno energijo.

5. Pištola za igrače

Pikado ima pištolo, ki lahko shranjuje elastično energijo, ko je v stisnjenem položaju.

Ta energija se sprosti, ko se vzmet raztegne, zaradi česar se puščice premikajo. Tako pretvori elastično energijo vzmeti v kinetično energijo gibljive puščice

6. igra frnikole

Pri igranju s frnikolami se mehanična energija iz prstov prenese na frnikole. Zaradi tega se marmor premakne in potuje nekaj razdalje, preden se ustavi.

Primer zakona o ohranjanju energije

1. Yuyun je motorni ključ spustil z višine 2 metra, tako da je premični ključ prosto padel pod hišo. Če je pospešek zaradi gravitacije na tem mestu 10 m / s2, je ključna hitrost po premiku 0,5 metra od začetnega položaja

Pojasnilo

h₁ = 2 m, v₁ = 0, g = 10 m / s2, h = 0,5 m, h₂ = 2 - 0, 5 = 1,5 m

v₂ = ?

Na podlagi zakona o ohranjanju mehanske energije

Em₁ = Em₂

Ep₁ + Hrast₁ = Ep₂ + Hrast₂

m.g.h₁ + ½ m.v₁2 = m.g.h₂ + ½m.v₂2

m. 10 (2) + 0 = m. 10 (1,5) + ½m.v₂2

20 m = 15 m + ½m.v₂2

20 = 15 + ½ v₂2

20 - 15 = ½ v₂2

5 = ½ v₂2

10 = v₂2

v₂ = ~ 10 m / s

2. Blok drsi z vrha spolzke nagnjene ravnine, da pride na dno nagnjene ravnine. Če je vrh nagnjene ravnine na višini 32 metrov nad površino tal, potem je hitrost bloka, ko prispe na dno ravnine,

Pojasnilo

h₁ = 32 m, v₁ = 0, h₂ = 0, g = 10 m / s2

v₂ = ?

V skladu z zakonom o ohranjanju mehanske energije

Em₁ = Em₂

Ep₁ + Hrast₁ = Ep₂ + Hrast₂

m.g.h₁ + ½ m.v₁2 = m.g.h₂ + ½m.v₂2

m. 10 (32) + 0 = 0 + ½m.v₂2

320 m = ½m.v₂2

320 = ½ v₂2

640 = v₂2

v₂ = ~ 640 m / s = 8 ~ 10 m / s

3. Kamen z maso 1 kg vržemo navpično navzgor. Ko je višina 10 metrov od tal, ima hitrost 2 m / s. Kakšna je takrat mehanska energija manga? Če je g = 10 m / s2

Pojasnilo

m = 1 kg, h = 10 m, v = 2 m / s, g = 10 m / s2

V skladu z zakonom o ohranjanju mehanske energije

E_M = E_P + E_K

E_M = m g h + ½ m v2

E_M = 1 . 10 . 10 + ½ . 1 . 22

E_M = 100 + 2

E_M = 102 džula

To je opis zakona o ohranjanju energije in njegovih problemov ter uporabe v vsakdanjem življenju. Upam, da koristno.