日常の経験は、動かせない体が動作させることができ、可動を停止することができます。あなたと私は常に何かをしている、世界はにぎやかで、太陽は輝いている...しかし、人間、動物、そして自然全体がこの仕事をする力をどこで得るのか？機械的な動きは跡形もなく消えますか？片方の体はもう片方の動きを変えずに動き始めますか？これについては、記事で説明します。
エネルギーの概念
動きを与えるエンジンの操作用車、トラクター、ディーゼル機関車、飛行機はエネルギー源である燃料を必要とします。電気モーターは電気を使って機械を動かします。高所から落下する水のエネルギーにより、油圧タービンが巻き付けられ、電流を生成する電気機械に接続されます。人はまた、存在し、働くためにエネルギーを必要とします。彼らは、仕事をするためにはエネルギーが必要だと言います。エネルギーとは何ですか？
- 観察1.ボールを地面から持ち上げます。彼が落ち着いている限り、機械的な仕事は行われません。彼を手放しましょう。重力により、ボールは特定の高さから地面に落下します。 ボールが落ちると、機械的な作業が行われます。
- 観察2.バネを閉じ、糸で固定し、バネに重りをかけましょう。糸に火をつけましょう。バネが真っ直ぐになり、重りが一定の高さまで上がります。 ばねは機械的な仕事をしました。
- 観察3。トロリーの端にブロックが付いたロッドを取り付けます。ブロックに糸を通し、その一端をカートの軸に巻き付け、もう一方の端に重りを掛けます。重りを解放しましょう。重力の影響下で、それは下向きに落下し、カートを動かします。 おもりは機械的な仕事をしています。
上記のすべての観察結果を分析した後相互作用中に1つまたは複数の物体が機械的仕事を行う場合、それらは機械的エネルギー、またはエネルギーを持っていると結論付けることができます。
エネルギーの概念
エネルギー（ギリシャ語から エネルギー -活動）は物理量であり、これは、身体が仕事をする能力を特徴づけます。エネルギーの単位は、SIシステムでの作業と同様に、1ジュール（1 J）です。書面では、エネルギーは文字で示されます E..。上記の実験から、体がある状態から別の状態に移行するときに作業を実行します。同時に、体のエネルギーが変化（減少）し、体が行う機械的仕事は、その機械的エネルギーの変化の結果と等しくなります。
力学的エネルギーの種類。位置エネルギーの概念
力学的エネルギーには、ポテンシャルと運動エネルギーの2種類があります。それでは、位置エネルギーを詳しく見てみましょう。
位置エネルギー（PE）はエネルギーであり、相互作用する物体の相互位置、または同じ物体の部分によって決定されます。物体と地球は互いに引き合う、つまり相互作用するため、地上に持ち上げられた物体のPEは、上昇の高さに依存します。 x..。体を高く持ち上げるほど、そのPEは大きくなります。PEは、持ち上げる高さだけでなく、体重にも依存することが実験的に確立されています。ボディを同じ高さに上げると、質量の大きいボディのPEも大きくなります。このエネルギーの式は次のとおりです。 En = mgh、 どこで En 位置エネルギーです、 メートル -体重、g = 9.81 N / kg、h-身長。
ばねの位置エネルギー
弾性変形した物体の位置エネルギーは物理量です ENS、 これは、翻訳の速度が弾性力の影響下での運動は、運動エネルギーが増加するのとまったく同じくらい減少します。スプリング（他の弾性変形したボディと同様）には、その剛性の積の半分に等しいPEがあります。 k ひずみ平方あたり： x = kx2： 2.
運動エネルギー：公式と定義
時々、機械的仕事の価値は力と動きの概念を使用せずに、仕事が体のエネルギーの変化を特徴付けるという事実に焦点を当てて検討しました。必要なのは、物体の質量とその初期速度と最終速度だけです。これにより、運動エネルギーが得られます。運動エネルギー（KE）は、それ自体の動きによって体に属するエネルギーです。
風には運動エネルギーがあり、使われています風力タービンに動きを与えるために。推進された気団は、風力タービンの翼の傾斜面に圧力をかけ、それらを回転させます。回転運動は、伝達システムによって特定の仕事を実行するメカニズムに伝達されます。発電所のタービンを回す推進水は、仕事をしている間にECの一部を失います。 PEに加えて、空高く飛んでいる飛行機にはFEがあります。体が静止している場合、つまり地球に対する速度がゼロの場合、地球に対するCEはゼロです。物体の質量と移動速度が大きいほど、そのFEが大きくなることが実験的に確立されています。数式における並進運動の運動エネルギーの式は次のとおりです。
どこで 〜する - 運動エネルギー、 メートル -体重、 v - 速度。
運動エネルギーの変化
体の動きの速さは基準座標系の選択に応じた値、ボディのFEの値もその選択に依存します。身体の運動エネルギー（IKE）の変化は、身体に対する外力の作用によって発生します F..。物理量 そして、これはIQEと同じです ΔEに 力の作用による体 F、仕事と呼ばれる：A = ΔEに. スピードで動く体の場合 v1、力が作用している F方向と一致すると、体の動きの速度は時間の経過とともに増加します t ある値に v2..。この場合、IQEは次のようになります。
どこで メートル -体重; 日 -体の横断経路; でf1 =（V2 -V1）; Vf2 =（V2 + V1）; a = F：m..。運動エネルギーがどれだけ変化するかを計算するのはこの式です。この式は、次のように解釈することもできます。 ΔEに = Flcosά、ここでcosά 力ベクトル間の角度です F とスピード で.
平均運動エネルギー
運動エネルギーはエネルギーですこのシステムに属するさまざまなポイントの移動速度によって決定されます。ただし、異なるタイプの運動を特徴付ける2つのエネルギー（並進運動と回転運動）を区別する必要があることを覚えておく必要があります。この場合、平均運動エネルギー（SKE）は、システム全体のエネルギーの合計とその静けさのエネルギーとの平均差です。つまり、実際には、その値は位置エネルギーの平均値です。平均運動エネルギーの式は次のとおりです。
ここで、kはボルツマン定数です。 Tは温度です。分子運動論の基礎となるのはこの方程式です。
気体分子の平均運動エネルギー
多くの実験によって、与えられた温度で並進運動をしているガス分子の平均運動エネルギーは同じであり、ガスの種類に依存しません。さらに、ガスが1だけ加熱されると、 oSEEを使用すると、同じ値だけ増加します。より正確には、この値は次の値に等しくなります。 ΔEに = 2.07 x 10-23NS /oC. 平均が何であるかを計算するために並進運動中の気体分子の運動エネルギーでは、この相対値に加えて、並進運動のエネルギーの少なくとももう1つの絶対値を知る必要があります。物理学では、これらの値は広範囲の温度に対してかなり正確に決定されます。たとえば、ある温度で t = 500 oC 分子の並進運動の運動エネルギー Ek = 1600 x 10-23NS。 2つの量を知る（ΔEに と Eに）、 与えられた温度での分子の並進運動のエネルギーを計算し、逆問題を解いて、与えられたエネルギー値から温度を決定することができます。
最後に、分子の平均運動エネルギー、式 これは上記のとおり、絶対温度（および物質の凝集状態）のみに依存します。
総合的な機械的エネルギー保存則
重力と弾性力の影響下での物体の運動の研究は、位置エネルギーと呼ばれる特定の物理量があることを示しました En;それは体の座標に依存し、その変化はIQEと同等であり、反対の符号で取られます。 ΔEn = -ΔEに. したがって、重力や弾性力と相互作用する体のFEとPEの変化の合計は、次のようになります。 0： ΔEn + ΔEに = 0。 体の座標のみに依存する力はと呼ばれます 保守的。 引力と弾力性は保存力です。体の運動エネルギーと位置エネルギーの合計は、総力学的エネルギーです。 En + Eに = E。 
最も正確な実験によって証明されたこの事実は、
と呼ばれる 機械的エネルギー保存の法則..。体が力と相互作用する場合相対運動の速度に依存し、機械的エネルギーは相互作用する物体のシステムで保存されません。と呼ばれるこのタイプの力の例 非保守的、は摩擦力です。摩擦力が体に作用する場合、それらを克服するためにエネルギーを消費する必要があります。つまり、その一部は摩擦力に対抗する仕事を行うために使用されます。ただし、エネルギー保存の法則の違反は、エネルギー保存と変換の一般法則の別のケースであるため、ここでは想像上のものにすぎません。 体のエネルギーが消えたり、再び現れたりすることはありません。 あるタイプから別のタイプに変換するだけです。この自然の法則は非常に重要であり、どこでも実行されます。また、エネルギー保存と変換の一般法則と呼ばれることもあります。
体の内部エネルギー、運動エネルギー、位置エネルギーの間の関係
体の内部エネルギー（U）はその合計です体のエネルギーから体全体のFEを差し引いたものと、外部の力の場におけるそのPE。このことから、内部エネルギーは、分子の無秩序な動きのCE、分子間のPE相互作用、および分子内エネルギーで構成されていると結論付けることができます。内部エネルギーは、システムの状態の明確な関数であり、次のことを示唆しています。システムが特定の状態にある場合、その内部エネルギーは、以前に何が起こったかに関係なく、固有の値を取ります。
相対主義
物体の速度が光速に近い場合、運動エネルギーは次の式で求められます。
式が上に書かれている体の運動エネルギーは、次の原理に従って計算することもできます。
運動エネルギーを見つけるためのタスクの例
1. 300 m / sで飛んでいる9gのボールと18km / hで走っている60kgの男性の運動エネルギーを比較します。
だから、私たちに与えられているもの： メートル1 = 0.009 kg; V1 = 300 m / s; NS2 = 60 kg、V2 = 5 m / s。
解決策：
- 運動エネルギー（式）： Eに = mv2 ： 2.
- 計算のためのすべてのデータがあるので、 Eに 人とボールの両方のために。
- Ek1 =（0.009 kg x（300 m / s）2）：2 = 405 J;
- Ek2 =（60 kg x（5 m / s）2）：2 = 750J。
- Ek1 < Ek2。
回答：ボールの運動エネルギーは人の運動エネルギーよりも小さいです。
2.質量10kgの物体を10mの高さまで持ち上げた後、解放しました。高さ5mでどのようなFEになりますか？空気抵抗は無視できます。
だから、私たちに与えられているもの： m = 10 kg; h = 10 m; x1 = 5 m; g = 9.81 N / kg。 Ek1 -？
解決策：
- 特定の高さまで持ち上げられた特定の質量の物体には、位置エネルギーがあります：En = mgh。体が落ちた場合、それはある高さhにあります1 汗をかきます。エネルギーEn = mgh1 と親族。エネルギーEk1。 運動エネルギーを正しく見つけるためには、上記の式は役に立たないので、次のアルゴリズムに従って問題を解決します。
- このステップでは、エネルギー保存の法則を使用して次のように記述します。 En1 + Ek1 = ENS。
- それで Ek1 = En - En1 = mgh- mgh1 = mg（h-h1）
- 数式に値を代入すると、次のようになります。 Ek1 = 10 x 9.81（10-5）= 490.5J。
回答：Ek1 = 490.5J。
3.質量のあるフライホイール メートル と半径 NS、 中心を通る軸を包み込みます。フライホイールの回転速度- ω..。フライホイールを止めるために、ブレーキシューがそのリムに押し付けられ、力でそれに作用します F摩擦..。フライホイールが完全に停止するまで、フライホイールは何回転しますか？フライホイールの質量はリムの中心にあることに注意してください。
だから、私たちに与えられているもの： NS; NS; ω; F摩擦。 NS -？
解決策：
- この問題を解決するとき、フライホイールの回転数は、半径のある薄い均質なフープの回転数に類似していると見なします。 R と質量 NS、 角速度で回転します ω。
- このような物体の運動エネルギーは次のようになります。 Eに =（Jω2）：2、ここで J = メートルR2.
- フライホイールは、そのFEのすべてが摩擦力を克服するための作業に費やされている場合、停止します。 F摩擦、 ブレーキパッドとリムの間に発生する： Eに = F摩擦* NS, どこで NS - これが制動距離です。 2πRN。
- だから F摩擦*2πRN =（mR2ω2）：2、 どこ N =（メートルω2R）：( 4πFtr）。
回答：N =（mω2R）：(4πFtr）。
結論として
エネルギーはすべての中で最も重要な成分ですそれがなければ、人間を含め、体は仕事をすることができないからです。この記事はエネルギーとは何かを明らかにしたと思います。その構成要素の1つである運動エネルギーのすべての側面の詳細なプレゼンテーションは、私たちの惑星で起こっている多くのプロセスを理解するのに役立ちます。そして、上記の公式と問題解決の例から運動エネルギーを見つける方法を学ぶことができます。
