Kinetic enèji: fòmil la, definisyon an. Ki jan yo jwenn enèji sinetik nan yon molekil, tradisyonèl mouvman, yon sezon prentan, yon kò, yon molekil gaz?

Eksperyans chak jou montre ke kò immobilier ka mete an mouvman, ak moun movable ka sispann. Nou toujou ap fè yon bagay, mond lan ozalantou se ajite, solèy la klere ... Men, kote yon moun, bèt, ak nati an jeneral gen fòs pou pote soti nan travay sa a? Si disparèt mouvman mekanik san yo pa yon tras? Èske yon sèl kò deplase san chanje mouvman an nan lòt la? Nou pral diskite tout bagay sa yo nan atik nou an.

Konsèp enèji

Pou travay nan motè ki bay trafik nan machin, traktè, lokomotiv dyezèl, avyon, ou bezwen gaz, ki se sous enèji. Motè elektrik bay mosyon nan zouti machin pa vle di nan pouvwa elektrik la. Akòz enèji dlo ki tonbe soti nan yon wotè, ijoturbin yo vire sou, ki konekte nan machin elektrik ki pwodui aktyèl elektrik. Èt imen bezwen tou enèji pou yo egziste ak travay. Yo di ke yo nan lòd yo fè kèk travay, bezwen enèji. Ki enèji?

• Obsèvasyon 1. Leve boul la anlè tè a. Pandan ke li se nan yon eta de trankilite, travay mekanik pa te pote soti. Se pou l ale. Anba enfliyans gravite, boul la tonbe sou tè a nan yon wotè sèten. Pandan sezon otòn boul la, travay mekanik la fèt.
• Obsèvasyon 2. Nou pral koupe sezon prentan an, ranje li ak yon fil epi li mete pwa yo sou sezon prentan an. Ann mete fil la, prentan an ralanti ak asanseur pwa yo nan yon wotè sèten. Prentan an te fè travay mekanik.
• Obsèvasyon 3. Sou Trolley a, ranje baton an ak blòk la nan fen an. Atravè blòk la nou jete yon fil, youn nan fen ki blese sou aks Trolley la, ak sou lòt la pandye yon wa. Ann lage pwa yo. Ki anba enfliyans a gravite , li pral koule desann epi bay Trolley la. Gruzik fè travay mekanik.

Apre yo fin analize tout obsèvasyon yo anwo a, li ka konkli ke si yon kò oswa plizyè kò fè travay mekanik pandan yon entèraksyon, yo di ke yo gen enèji mekanik oswa enèji.

Konsèp enèji

Enèji (ki soti nan mo grèk enèji nan -. Aktivite) - yon kantite fizik ki caractérise kapasite kò yo 'fè travay la. Inite a nan enèji, osi byen ke travay la nan sistèm nan SI, se yon Joule (1 Joule). Enèji a lèt deziye pa lèt la E. Soti nan eksperyans yo pi wo a li klè ke kò a ap fè travay la lè li pase soti nan yon eta a yon lòt. Enèji nan kò a chanje (diminye), ak travay la mekanik fèt pa kò a se egal a rezilta nan chanjman nan enèji mekanik li yo.

Kalite enèji mekanik. Konsèp enèji potansyèl

Gen 2 kalite enèji mekanik: potansyèl ak kinetik. Koulye a, nou pral pran yon gade pi pre nan enèji potansyèl la.

Enèji potansyèl (PE) se enèji ki detèmine pa pozisyon mityèl kò yo ki interagir, oswa pati nan kò sa a menm. Depi tout kò ak latè a atire youn ak lòt, sa vle di, yo kominike, PE kò leve soti vivan pi wo a tè a, pral depann de wotè nan h nan leve. Pi wo a kò a leve, plis li PE yo. Li te eksperimantalman etabli ke PE a depann pa sèlman sou wotè nan ki li leve soti vivan, men tou, sou pwa nan kò. Si kò yo te leve soti vivan nan wotè a menm, Lè sa a, yon kò ki gen yon mas gwo pral gen yon PE pi gwo. Fòmil la nan enèji a jan sa a: E _n = MGH, kote E _n - se yon enèji potansyèl, M - mas kò, g = 9,81 H / kg, h - wotè.

Potansyèl enèji nan yon sezon prentan

Enèji a potansyèl nan kò a elastic defòme rele valè fizik E _{f ki} lè ajiste vitès la nan mouvman translasyonèl anba aksyon an nan fòs elastik diminye egzakteman jan anpil jan yo ogmante enèji sinetik. Springs (tankou lòt kò elastic defòme) gen PE a, ki se egal a mwatye pwodwi a nan k la rèd pou kare deformation: x = kx ^2: 2.

Kinetic enèji: fòmil ak definisyon

Pafwa yo ka konsidere enpòtans ki genyen nan travay mekanik san yo pa itilize nosyon fòs ak deplasman, mete aksan sou lefèt ke travay la karakterize chanjman nan enèji nan kò a. Tout sa nou ka bezwen se mas yon kò sèten ak inisyal ak final vitès li yo, ki pral mennen nou nan enèji sinetik. Enèji sinetik (KE) se enèji ki fè pati kò a kòm yon rezilta mouvman pwòp li yo.

Se enèji van an itilize pou enèji sinetik, li itilize pou bay mouvman van. Kondwi pa mas la nan syèl anba presyon sou plan an enkline nan zèl van tubing, ak fòse yo vire alantou. Se mouvman Rotary pa vle di nan sistèm transmisyon transfere nan mekanism ki fè yon travay sèten. Mouvman dlo, anbalaj turbin yo nan yon plant pouvwa, pèdi yon pati nan CE li yo, fè travay. Yon avyon ki tap vole nan syèl la, anplis PE, gen yon CE. Si kò a se nan rès, se sa ki, vitès li yo relatif sou Latè a se zewo, Lè sa a, CE li yo relatif sou Latè a se zewo. Li te eksperimantalman etabli ke pi gwo a mas la nan kò a ak vitès la ak ki li deplase, pi gran nan FE li yo. Fòmil pou enèji sinetik nan mouvman tradisyonèl nan tèm matematik se jan sa a:

Ki kote K - enèji sinetik, M - pwa, v - vitès.

Chanjman nan enèji sinetik

Depi vitès mouvman kò a se yon kantite ki depann de chwa nan ankadreman an nan referans, valè a nan CE la nan kò a tou depann de chwa li yo. Chanjman nan enèji sinetik (Ike) kò rive akòz aksyon an sou kò a nan fòs nan ekstèn F. _? Yon kantite fizik ki se egal _a E Ike kò akòz yon fòs nan aksyon F, rele operasyon: Yon E = _k. Si yon kò ki ap deplase nan yon vitès v _1, fòs F la, ki konyenside avèk direksyon an, vitès la mouvman nan kò a ap ogmante nan entèval la nan tan t nan yon valè sèten v _2. Nan ka sa a, ICE egal:

Ki kote M - mas la nan kò a; d - chemen an travèse pa kò a; V _f1 = (V ₂ - V _1); V _F2 = (V ₂ + V _1); yon = F: m. Li se pa fòmil sa a ki chanje enèji sinetik la. Fòmil pouvwa yo te genyen tou entèpretasyon ki anba la a, _paske E = Flcos ά, kote cosά se ang ki genyen ant vektè yo nan fòs F ak V. nan _vitès?

Mwayèn kinetik enèji

Kinetic enèji se yon enèji ki detèmine pa vitès mouvman diferan pwen ki fè pati sistèm sa a. Sepandan, ou dwe konnen ke li se nesesè yo fè distenksyon ant genyen ant de enèji ki karakterize diferan kalite yo nan mouvman: translasyonèl ak wotasyon. mwayèn Enèji a sinetik (SKE) nan ka sa a se diferans an mwayèn ant enèji nan manm nan tout sistèm nan ak pouvwa li nan tèt ou, ki se, an reyalite, gwosè li - li se valè an mwayèn nan enèji nan potansyèl yo. Fòmil pou enèji sinetik mwayèn se jan sa a:

Ki kote k se konstan Boltzmann la; T se tanperati a. Li se ekwasyon sa a ki se baz la nan teyori molekilè-kinetik la.

Enèji an mwayèn kinetik nan molekil gaz

Eksperyans anpil te etabli ke mwayèn enèji sinetik nan molekil gaz nan mouvman translasyon pou yon tanperati bay se menm bagay la, epi li pa depann de nati a nan gaz la. Anplis de sa, li te jwenn tou ke lè gaz la chofe pa 1 ° C, SCE a ogmante pa menm valè a. Plis jisteman, valè a se :? E _k = 2.07 x 10 ^-23 J / ° ^C. Yo nan lòd yo kalkile ki sa ki enèji an mwayèn sinetik nan molekil yo gaz nan mouvman an pwogresis, li nesesè, nan adisyon a valè relatif sa a, yo konnen omwen yon sèl plis Valè absoli nan enèji nan mosyon translasyonèl. Nan fizik, valè sa yo san patipri detèmine pou yon pakèt tanperati. Pou egzanp, nan t = 500 ^{° C} enèji nan sinetik nan translasyonèl mouvman Ek molekil = 1600 x 10 ^-23 J. 2 Lè ou konnen valè a (? E _k ak E _k), nou ka kalkile enèji a kòm yon mouvman translasyonèl nan molekil yo nan yon tanperati bay yo, ak yo rezoud Pwoblèm nan envès se detèmine tanperati a soti nan valè yo bay nan enèji an.

Finalman, nou ka konkli ke mwayèn enèji sinetik nan molekil, fòmil Ki sa ki bay pi wo a, depann sèlman sou tanperati a absoli (ak pou nenpòt ki eta total sibstans ki sou).

Lwa a nan konsèvasyon nan enèji total mekanik

Etidye mouvman an nan kò anba aksyon an nan gravite ak fòs la elastik te montre ke gen yon kantite fizik ki te rele potansyèl enèji E _n; li depann de ankadreman an nan kò a, epi li se chanjman li yo synonym Ike, ki se pran ak siy opoze a: Δ E _{n =} - E _a?. Kidonk, kantite lajan an nan epòk nou an ak PE chanjman kò, ki kolabore ak fòs yo gravitasyonèl ak fòs yo elastik se 0: Δ E _n + E _k = 0. Fòs yo ki depann sèlman sou kowòdone a nan kò a, yo rele konsèvatif. Fòs atraksyon ak elastisite yo se fòs konsèvatif. sòm nan enèji sinetik ak potansyèl nan kò a se enèji a total mekanik: E _n + _k = E E.

Reyalite sa a, ki te pwouve pa eksperyans ki pi egzat,
rele lwa a nan konsèvasyon nan enèji mekanik. Si kò yo kominike avèk fòs ki depann sou vitès la nan mouvman relatif, enèji nan mekanik nan sistèm nan nan kominike kò pa konsève. Yon egzanp sou fòs yo nan sa a ki kalite, ki fè yo rele ki pa konsèvatif, se fòs la nan friksyon. Si fòs friksyon aji sou kò a, Lè sa a, li nesesè yo depanse enèji simonte yo, se sa ki, se yon pati nan li itilize fè travay kont fòs friksyon. Sepandan, vyolasyon lalwa Moyiz la nan konsèvasyon nan enèji se sèlman imajinè, paske li se yon ka separe nan lwa jeneral la nan konsèvasyon ak transfòmasyon nan enèji. enèji kò pa janm disparèt ak artrouv: li sèlman konvèti soti nan yon fòm nan yon lòt. Lwa sa a nan lanati se trè enpòtan, li se te pote soti tout kote. Li pafwa yo rele lwa jeneral konsèvasyon ak transfòmasyon enèji.

Relasyon ki genyen ant enèji entèn nan kò a, kinetik ak potansyèl enèji

Enèji a entèn (U) nan yon kò se enèji total li yo nan kò a, mwens CE la nan kò a kòm yon antye ak PE li yo nan jaden an ekstèn nan fòs. Soti nan sa a nou ka konkli ke enèji a entèn konsiste de CE la nan mouvman chaotic nan molekil, PE entèraksyon ant yo ak enèji intramolekilè. Enèji Entèn se yon fonksyon sèl-valè nan eta a nan sistèm lan, ki sijere sa ki annapre yo: si sistèm lan nan yon eta bay yo, enèji entèn li yo sipoze valè intrinsè li yo, kèlkeswa sa ki te pase anvan.

Relativis

Lè vitès la nan kò a se fèmen nan vitès la nan limyè, enèji sinetik la yo te jwenn nan fòmil sa a:

Enèji sinetik nan kò a, fòmil la ki te ekri anwo a, kapab tou ap kalkile sou baz prensip sa a:

Men kèk egzanp sou pwoblèm nan jwenn enèji sinetik

1. Konpare enèji sinetik nan yon boul ki peze 9 g vole nan yon vitès 300 m / s, ak yon nonm ki peze 60 kg, kouri nan yon vitès 18 km / h.

Se konsa, sa nou te bay: m ₁ = 0.009 kg; V ₁ = 300 m / s; ₂ m = 60 kg, V ₂ = 5 m / s.

Solisyon:

• Sinetik enèji (Eq) _nan E = MV ^2: 2.
• Nou gen tout done yo pou kalkil la, se poutèt sa _yo jwenn E ak pou moun nan ak pou boul la.
• E = _K1 (x 0,009 kg (300 m / s) ²⁾ 2 = 405 J;
• _K2 = E (x 60 kg (5 m / s) ²⁾ 2 = 750 J.
• E _K1

Repons: Enèji sinetik nan boul la se mwens pase sa moun nan.

2. Te kò a ak yon mas nan 10 kg leve soti vivan nan yon wotè 10 m, apre yo fin ki li te libere. Ki CE li pral genyen nan yon wotè 5 m? Ka rezistans nan lè dwe neglije.

Se konsa, sa nou te bay: m = 10 kg; H = 10 m; ₁ h = 5 m; G = 9,81 N / kg. E _K1 -

solisyon:

• Kò a nan bay mas, leve soti vivan nan yon wotè sèten, enèji a potansyèl se: E _p = MGH. Si kò a tonbe, li se nan yon wotè sèten h ₁ pral gen yon swe. enèji E = MGH _{reklamasyon 1} ak Kin. enèji E _K1. Byen jwenn enèji nan sinetik nan fòmil la, ki te montre pi wo a, pa travay, ak Se poutèt sa rezoud pwoblèm lan selon algorithm ki anba la a.
• Nan etap sa a, ou sèvi ak lwa a nan konsèvasyon nan enèji, epi nou ka ekri: E _n1 + E _K1 = E _n.
• Lè sa a, E _K1 = E _n - E _n1 = MGH - MGH ₁ = mg (HH _1).
• Ranplase valè nan fòmil nou an, nou jwenn: E = 10 x _K1 9,81 (10-5) = 490,5 J.

Repons: E _K1 = 490,5 J.

3. Yon volan mas jimo gen yon m mas ak reyon R la, se mare nan ren yon aks pase nan sant li yo. Vlope vitès angilè nan volan an - ω. Yo nan lòd yo sispann volan an Rim li yo se bourade kont soulye a fren aji sou li ak yon _friksyon fòs _F. Konbyen revolisyon pral fè volan an nan yon kanpe nèt? Pran an kont ki pwa a nan volan an santre sou Rim la.

Se konsa, sa nou te bay: m; R; ω; F _friksyon. N -?

solisyon:

• Nan rezoud pwoblèm nan pral asime sa yo volan momantòm vire omojèn baskètbòl mens ak yon R reyon ak yon m mas, ki vin ak yon ω vitès angilè.
• Enèji a sinetik nan kò a ki egal a: E _yon = (J ω ²⁾ 2, kote J = m R ^2.
• Volan sispann anba kondisyon an ke tout nan li yo te pase sou travay TBE simonte _friksyon an fòs friksyon F _pwodwi ant soulye a fren ak Rim a: _nan E = F friksyon * a, kote a - se distans la kanpe, ki se egal a 2 πRN.
• Se poutèt sa, F * 2 _{sibi friksyon} πRN = (M R ² ω ²⁾ 2 kote N = (m ω ² R): (4 π F MP).

Repons: N = (mω ² R): (4πF _MP).

an konklizyon

Energy - se yon eleman esansyèl nan tout aspè nan lavi, paske san li, pa gen okenn kò pa ta dwe kapab fè travay la, ki gen ladan moun. Nou panse ke atik la ou byen klè endike ke li se yon pouvwa, ak yon deskripsyon detaye sou tout aspè nan youn nan eleman li yo - enèji nan sinetik - pral ede w konprann pwosesis yo anpil moun ki rive sou planèt nou an. Apre sa, ki jan yo jwenn enèji nan sinetik, ou ka aprann nan egzanp fòmil ak rezoud pwoblèm nan pi wo a.