L'expérience quotidienne montre que les corps immobilespeut être mis en mouvement et le mobile peut être arrêté. Nous faisons constamment quelque chose, le monde est animé, le soleil brille ... Mais où les humains, les animaux et la nature dans son ensemble ont-ils la force de faire ce travail? Le mouvement mécanique disparaît-il sans laisser de trace? Un corps commencera-t-il à bouger sans changer le mouvement de l'autre? Nous parlerons de tout cela dans notre article.
Concept énergétique
Pour le fonctionnement des moteurs qui donnent du mouvementles voitures, les tracteurs, les locomotives diesel, les avions ont besoin de carburant, qui est une source d'énergie. Les moteurs électriques déplacent les machines-outils en utilisant l'électricité. En raison de l'énergie de l'eau tombant d'une hauteur, les turbines hydrauliques sont retournées, connectées à des machines électriques qui produisent du courant électrique. Une personne a également besoin d'énergie pour exister et travailler. Ils disent que pour faire n'importe quel travail, il faut de l'énergie. Qu'est-ce que l'énergie?
- Observation 1. Soulevez le ballon du sol. Tant qu'il est calme, aucun travail mécanique n'est effectué. Laissons-le partir. La balle tombe au sol d'une certaine hauteur par gravité. Lorsque la balle tombe, un travail mécanique est effectué.
- Observation 2. Fermons le ressort, fixons-le avec un fil et posons un poids sur le ressort. Mettons le feu au fil, le ressort se redressera et soulèvera le poids à une certaine hauteur. Le ressort a fait un travail mécanique.
- Observation 3. Nous attachons une tige avec un bloc à la fin du chariot. Jetez un fil à travers le bloc, dont une extrémité est enroulée sur l'axe du chariot et un poids est suspendu à l'autre. Libérons le poids. Sous l'action de la gravité, il descendra et donnera un mouvement au chariot. Le poids a fait un travail mécanique.
Après avoir analysé toutes les observations ci-dessuson peut en conclure que si un corps ou plusieurs corps effectuent un travail mécanique pendant l'interaction, alors ils disent qu'ils ont de l'énergie mécanique, ou énergie.
Concept énergétique
Énergie (du mot grec énergie - activité) est une quantité physique,qui caractérise la capacité des corps à travailler. L'unité d'énergie, ainsi que le travail dans le système SI, est un joule (1 J). À l'écrit, l'énergie est indiquée par la lettre E... D'après les expériences ci-dessus, on peut voir que le corpseffectue un travail lors de la transition d'un état à un autre. Dans ce cas, l'énergie du corps change (diminue) et le travail mécanique effectué par le corps est égal au résultat d'un changement de son énergie mécanique.
Types d'énergie mécanique. Concept d'énergie potentielle
Il existe 2 types d'énergie mécanique: potentielle et cinétique. Examinons maintenant de plus près l'énergie potentielle.
L'énergie potentielle (PE) est l'énergiedéterminé par la position mutuelle des corps qui interagissent, ou par des parties du même corps. Comme tout corps et la terre s'attirent, c'est-à-dire interagissent, le PE du corps élevé au-dessus du sol dépendra de la hauteur de la montée x... Plus le corps est soulevé haut, plus son PE est grand. Il a été établi expérimentalement que la PE dépend non seulement de la hauteur à laquelle elle est élevée, mais également du poids corporel. Si les corps ont été élevés à la même hauteur, un corps de grande masse aura également un grand PE. La formule de cette énergie est la suivante: EP = mgh, Où EP est l'énergie potentielle, m - poids corporel, g = 9,81 N / kg, h - taille.
Énergie potentielle du ressort
L'énergie potentielle d'un corps déformé élastiquement est une grandeur physique EP, qui, lorsque la vitesse de la translationle mouvement sous l'influence des forces élastiques diminue exactement autant que l'énergie cinétique augmente. Les ressorts (comme les autres corps élastiquement déformés) ont un tel PE, qui est égal à la moitié du produit de leur rigidité k par carré de déformation: x = kx2: 2.
Énergie cinétique: formule et définition
Parfois, la valeur du travail mécanique peut êtreconsidéré sans utiliser les concepts de force et de mouvement, en se concentrant sur le fait que le travail caractérise un changement d'énergie du corps Tout ce dont nous pouvons avoir besoin, c'est de la masse d'un corps et de ses vitesses initiale et finale, ce qui nous conduira à l'énergie cinétique. L'énergie cinétique (KE) est l'énergie qui appartient au corps en raison de son propre mouvement.
Le vent a de l'énergie cinétique, il est utilisépour donner du mouvement aux éoliennes. Les masses d'air propulsées exercent une pression sur les plans inclinés des ailes des éoliennes et les font tourner. Le mouvement de rotation est transmis par les systèmes de transmission aux mécanismes qui exécutent un travail spécifique. L'eau propulsée qui fait tourner les turbines de la centrale perd une partie de sa CE pendant le travail. L'avion volant haut dans le ciel, en plus du PE, a un FE. Si le corps est au repos, c'est-à-dire que sa vitesse par rapport à la Terre est nulle, alors son FE par rapport à la Terre est nul. Il a été établi expérimentalement que plus la masse du corps et la vitesse à laquelle il se déplace est grande, plus sa FE est grande. La formule de l'énergie cinétique du mouvement de translation dans l'expression mathématique est la suivante:
Où À - énergie cinétique, m - masse corporelle, v - la vitesse.
Changement d'énergie cinétique
Puisque la vitesse de mouvement du corps estvaleur dépendant du choix du référentiel, la valeur de la FE du corps dépend également de son choix. Le changement de l'énergie cinétique (IKE) du corps se produit en raison de l'action d'une force externe sur le corps F... Quantité physique Un, qui est égal à IQE ΔEà corps en raison de l'action de la force sur celui-ci F est appelé travail: A = ΔEà. Si sur un corps qui bouge avec vitesse v1, la force agit Fcoïncidant avec la direction, la vitesse de mouvement du corps augmentera sur une période de temps t à une certaine valeur v2... Dans ce cas, l'IQE est égal à:
Où m - masse corporelle; d - le chemin parcouru du corps; Dansf1 = (V2 - V1); Vf2 = (V2 + V1); a = F: m... C'est cette formule qui calcule combien l'énergie cinétique change. La formule peut également avoir l'interprétation suivante: ΔEà = Flcosά, où cosά est l'angle entre les vecteurs de force F et vitesse Dans.
Energie cinétique moyenne
L'énergie cinétique est l'énergiedéterminé par la vitesse de déplacement des différents points appartenant à ce système. Cependant, il faut se rappeler qu'il faut distinguer 2 énergies qui caractérisent différents types de mouvement: translationnelle et rotationnelle. Dans ce cas, l'énergie cinétique moyenne (SKE) est la différence moyenne entre la totalité des énergies de tout le système et son énergie de tranquillité, c'est-à-dire que sa valeur est la valeur moyenne de l'énergie potentielle. La formule de l'énergie cinétique moyenne est la suivante:
où k est la constante de Boltzmann; T est la température. C'est cette équation qui est à la base de la théorie cinétique moléculaire.
Énergie cinétique moyenne des molécules de gaz
Il a été découvert par de nombreuses expériences quel'énergie cinétique moyenne des molécules de gaz en mouvement de translation à une température donnée est la même et ne dépend pas du type de gaz. En outre, il a également été constaté que lorsque le gaz est chauffé par 1 oAvec SEE, il augmente de la même valeur. Pour être plus précis, cette valeur est égale à: ΔEà = 2,07 x 10-23J /oC. Afin de calculer ce qu'est la moyenneénergie cinétique des molécules de gaz en mouvement de translation, il est nécessaire, en plus de cette valeur relative, de connaître au moins une autre valeur absolue de l'énergie de mouvement de translation. En physique, ces valeurs sont déterminées avec assez de précision pour une large gamme de températures. Par exemple, à une température t = 500 oAvec énergie cinétique du mouvement de translation de la molécule Ek = 1 600 x 10-23J. Connaître 2 quantités (ΔEà et Eà), nous pouvons à la fois calculer l'énergie du mouvement de translation des molécules à une température donnée et résoudre le problème inverse - pour déterminer la température à partir des valeurs d'énergie données.
Enfin, nous pouvons conclure que l'énergie cinétique moyenne des molécules, la formule qui est donnée ci-dessus, ne dépend que de la température absolue (et pour tout état d'agrégation des substances).
Loi de conservation de l'énergie mécanique totale
L'étude du mouvement des corps sous l'influence de la gravité et des forces élastiques a montré qu'il existe une certaine quantité physique, appelée énergie potentielle EP; cela dépend des coordonnées du corps, et son changement est assimilé à l'IQE, qui est pris avec le signe opposé: ΔEn = -ΔEà. Ainsi, la somme des changements de FE et PE du corps, qui interagissent avec les forces gravitationnelles et les forces élastiques, est égale à 0: ΔEP + ΔEà = 0. Les forces qui ne dépendent que des coordonnées du corps sont appelées conservateur. Les forces d'attraction et d'élasticité sont des forces conservatrices. La somme des énergies cinétique et potentielle du corps est l'énergie mécanique totale: EP + Eà = E. 
Ce fait, prouvé par les expériences les plus précises,
appelé loi de conservation de l'énergie mécanique... Si les corps interagissent avec des forcesdépendent de la vitesse du mouvement relatif, l'énergie mécanique n'est pas conservée dans le système des corps en interaction. Un exemple de ce type de force appelé non conservateur, sont les forces de frottement.Si les forces de frottement agissent sur le corps, il est nécessaire de dépenser de l'énergie pour les surmonter, c'est-à-dire qu'une partie de celle-ci est utilisée pour effectuer un travail contre les forces de frottement. Cependant, la violation de la loi de conservation de l'énergie n'est ici qu'imaginaire, car il s'agit d'un cas distinct de la loi générale de conservation et de transformation de l'énergie. L'énergie des corps ne disparaît ni ne réapparaît jamais: il ne transforme que d'un type à un autre. Cette loi de la nature est très importante, elle est appliquée partout. On l'appelle aussi parfois la loi générale de conservation et de transformation de l'énergie.
La connexion entre l'énergie interne du corps, les énergies cinétique et potentielle
L'énergie interne (U) du corps est son totall'énergie du corps moins la FE du corps dans son ensemble et son PE dans le champ de forces externe. De cela, nous pouvons conclure que l'énergie interne est constituée du CE du mouvement chaotique des molécules, de l'interaction PE entre elles et de l'énergie intramoléculaire. L'énergie interne est une fonction non ambiguë de l'état du système, ce qui suggère ce qui suit: si le système est dans un état donné, son énergie interne prend ses valeurs inhérentes, indépendamment de ce qui s'est passé auparavant.
Relativisme
Lorsque la vitesse d'un corps est proche de la vitesse de la lumière, l'énergie cinétique est trouvée par la formule suivante:
L'énergie cinétique du corps, dont la formule a été écrite ci-dessus, peut également être calculée selon le principe suivant:
Exemples de tâches pour trouver l'énergie cinétique
1. Comparez l'énergie cinétique d'une balle de 9 g volant à 300 m / s et d'un homme de 60 kg courant à 18 km / h.
Alors, ce qui nous est donné: m1 = 0,009 kg; V1 = 300 m / s; m2 = 60 kg, V2 = 5 m / s.
Solution:
- Énergie cinétique (formule): Eà = mv2 : 2.
- Nous avons toutes les données pour le calcul, et donc nous trouverons Eà à la fois pour la personne et pour le ballon.
- Ek1 = (0,009 kg x (300 m / s)2): 2 = 405 J;
- Ek2 = (60 kg x (5 m / s)2): 2 = 750 J.
- Ek1 < Ek2.
Réponse: l'énergie cinétique du ballon est inférieure à celle d'une personne.
2. Un corps d'une masse de 10 kg a été soulevé à une hauteur de 10 m, après quoi il a été relâché. Quel type de FE aura-t-il à une hauteur de 5 m? La résistance à l'air peut être négligée.
Alors, ce qui nous est donné: m = 10 kg; h = 10 m; x1 = 5 m; g = 9,81 N / kg. Ek1 -?
Solution:
- Un corps d'une certaine masse, élevé à une certaine hauteur, a une énergie potentielle: EP = mgh. Si le corps tombe, c'est à une certaine hauteur h1 aura de la sueur. énergie EP = mgh1 et parents. énergie Ek1. Afin de trouver correctement l'énergie cinétique, la formule donnée ci-dessus n'aidera pas, et nous allons donc résoudre le problème selon l'algorithme suivant.
- Dans cette étape, nous utilisons la loi de conservation de l'énergie et écrivons: En1 + Ek1 = EP.
- Puis Ek1 = EP - En1 = mgh - mgh1 = mg (h-h1).
- En remplaçant nos valeurs dans la formule, nous obtenons: Ek1 = 10 x 9,81 (10-5) = 490,5 J.
Réponse: Ek1 = 490,5 J.
3. Volant ayant une masse m et rayon R, s'enroule autour d'un axe passant par son centre. Vitesse de rotation du volant - ω... Afin d'arrêter le volant, un patin de frein est pressé contre sa jante, agissant dessus avec force Ffriction... Combien de tours le volant fera-t-il jusqu'à ce qu'il s'arrête complètement? A noter que la masse du volant est centrée sur la jante.
Alors, ce qui nous est donné: m; R; ω; Ffriction. N -?
Solution:
- Lors de la résolution du problème, nous considérerons que les révolutions du volant sont similaires aux révolutions d'un mince cerceau homogène avec un rayon R et masse m qui tourne à une vitesse angulaire ω.
- L'énergie cinétique d'un tel corps est égale à: Eà = (Jω2): 2, où J = mR2.
- Le volant s'arrêtera à condition que tout son FE soit consacré au travail pour vaincre la force de frottement Ffriction, survenant entre la plaquette de frein et la jante: Eà = Ffriction* s, Où s - c'est la distance de freinage, qui est 2πRN.
- Donc Ffriction*2πRN = (mR2ω2): 2, d'où N = (mω2R): (4πFtr).
Réponse: N = (mω2R): (4πFtr).
En conclusion
L'énergie est l'ingrédient le plus important de tousaspects de la vie, car sans elle, aucun corps ne serait capable de travailler, y compris les humains. Nous pensons que l'article vous a expliqué clairement ce qu'est l'énergie, et une présentation détaillée de tous les aspects de l'un de ses composants - l'énergie cinétique - vous aidera à comprendre de nombreux processus qui se déroulent sur notre planète. Et vous pouvez apprendre à trouver l'énergie cinétique à partir des formules ci-dessus et des exemples de résolution de problèmes.
