Varje dag erfarenhet visar att fastigheterkan sättas i rörelse och rörliga kan stoppas. Vi gör ständigt något, världen livar runt, solen skiner ... Men var får människor, djur och naturen som helhet styrkan att göra detta arbete? Försvinner mekanisk rörelse spårfritt? Kommer en kropp att börja röra sig utan att ändra den andra rörelsen? Vi kommer att prata om allt detta i vår artikel.
Energikoncept
För drift av motorer som ger rörelsebilar, traktorer, diesellokomotiv, flygplan behöver bränsle, vilket är en energikälla. Elektriska motorer flyttar maskiner med el. På grund av energin från vatten som faller från en höjd lindas hydrauliska turbiner, anslutna till elektriska maskiner som producerar elektrisk ström. En person behöver också energi för att kunna existera och arbeta. De säger att för att göra något arbete krävs energi. Vad är energi?
- Observation 1. Lyft bollen från marken.Medan han är lugn, görs inget mekaniskt arbete. Låt oss gå. Bollen faller till marken från en viss höjd av tyngdkraften. När bollen faller utförs mekaniskt arbete.
- Observation 2. Låt oss stänga våren, fixa den med en tråd och lägga vikt på våren. Låt oss sätta elden på tråden, våren kommer att räta upp och höja vikten till en viss höjd. Våren har gjort mekaniskt arbete.
- Observation 3.Vi kommer att fästa en stång med ett block i slutet på vagnen. Kasta en tråd genom blocket, vars ena ände är lindad på vagnens axel och en vikt hänger på den andra. Låt oss släppa vikten. Under tyngdkraften kommer den att falla nedåt och ge vagnen rörelse. Vikten har gjort mekaniskt arbete.
Efter att ha analyserat alla ovanstående observationerkan vi dra slutsatsen att om en kropp eller flera organ utför mekaniskt arbete under interaktion, så säger de att de har mekanisk energi eller energi.
Energikoncept
Energi (från det grekiska ordet energi - aktivitet) är en fysisk mängd,vilket kännetecknar kroppens förmåga att arbeta. Energienheten, liksom arbetet i SI-systemet, är en Joule (1 J). Skrivet indikeras energi med brevet E... Det framgår av ovanstående experiment att kroppenutför arbete när det övergår från ett tillstånd till ett annat. I detta fall förändras kroppens energi (minskar) och det mekaniska arbetet som utförs av kroppen är lika med resultatet av en förändring i dess mekaniska energi.
Typer av mekanisk energi. Potentiellt energikoncept
Det finns två typer av mekanisk energi: potential och kinetisk. Låt oss nu titta på potentiell energi.
Potentiell energi (PE) är energibestäms av den ömsesidiga positionen för de kroppar som interagerar, eller av delar av samma kropp. Eftersom varje kropp och jorden lockar varandra, det vill säga interagerar, kommer kroppens PE höjt över marken att bero på höjden x... Ju högre kroppen lyfts, desto större är PE.Det har experimentellt fastställts att PE inte bara beror på höjden till vilken den höjs, utan också på kroppsvikt. Om kropparna lyfts upp till samma höjd, kommer en kropp med en stor massa också att ha en stor PE. Formeln för denna energi är följande: EP = mgh, var EP är potentiell energi, m - kroppsvikt, g = 9,81 N / kg, h - höjd.
Vårens potentiella energi
Den potentiella energin i en elastiskt deformerad kropp är en fysisk kvantitet EP, vilket, när translationens hastighetrörelse under påverkan av elastiska krafter minskar exakt lika mycket som den kinetiska energin ökar. Fjädrar (som andra elastiskt deformerade kroppar) har en sådan PE, vilket är lika med halva produkten av deras styvhet till per stam kvadrat: x = kx2: 2.
Kinetisk energi: formel och definition
Ibland kan värdet på mekaniskt arbete varaövervägs utan att använda begreppen kraft och rörelse, med fokus på det faktum att arbete kännetecknar en förändring i kroppens energi. Allt vi kan behöva är en kropps massa och dess initiala och slutliga hastigheter, vilket leder oss till kinetisk energi. Kinetisk energi (KE) är den energi som tillhör kroppen på grund av sin egen rörelse.
Vinden har kinetisk energi, den användsatt ge rörelse till vindkraftverk. De framdrivna luftmassorna utövar tryck på de lutande planen för vindkraftverkets vingar och får dem att vända. Rotationsrörelse överförs av överföringssystem till mekanismer som utför ett specifikt jobb. Det framdrivna vattnet som vänder turbinerna i ett kraftverk tappar en del av sitt EC medan man gör arbete. Flygplanet som flyger högt på himlen, förutom PE, har en FE. Om kroppen är i vila, det vill säga dess hastighet i förhållande till jorden är noll, är dess CE i förhållande till jorden noll. Det har experimentellt fastställts att ju större en massas kropp och hastigheten med vilken den rör sig, desto större är FE. Formeln för den kinetiska energin i translationell rörelse i matematisk uttryck är följande:
Var K - rörelseenergi, m - kroppsmassa, i - fart.
Förändring i kinetisk energi
Eftersom kroppens hastighet ärvärde beroende på valet av referensram, beror värdet på FE för kroppen också på dess val. Förändringen i kroppens kinetiska energi (IKE) sker på grund av verkan av en yttre kraft på kroppen F... Fysisk kvantitet EN, vilket är lika med IQE AEtill kropp på grund av kraftverkan F kallas arbete: A = AEtill. Om på en kropp som rör sig med hastighet i1, kraften verkar Fsammanfaller med riktningen, då kommer kroppens rörelseshastighet att öka under en tidsperiod t till något värde i2... I detta fall är IQE lika med:
Var m - kroppsmassa; d - genomkorsad väg i kroppen; PÅf1 = (B2 - I1); If2 = (B2 + B1); a = F: m... Det är denna formel som beräknar hur mycket den kinetiska energin förändras. Formeln kan också ha följande tolkning: AEtill = Flcosά, där cosά är vinkeln mellan kraftvektorerna F och hastighet PÅ.
Genomsnittlig kinetisk energi
Kinetisk energi är energibestäms av rörelsens hastighet för olika punkter som hör till detta system. Man bör dock komma ihåg att det är nödvändigt att skilja mellan två energier som kännetecknar olika rörelsetyper: translationell och roterande. I det här fallet är den genomsnittliga kinetiska energin (SKE) den genomsnittliga skillnaden mellan totaliteten i energisystemet i hela systemet och dess energi för lugn, det vill säga dess värde är medelvärdet för potentiell energi. Formeln för den genomsnittliga kinetiska energin är följande:
där k är Boltzmann-konstanten; T är temperaturen. Det är denna ekvation som ligger till grund för den molekylära kinetiska teorin.
Genomsnittlig kinetisk energi för gasmolekyler
Det konstaterades av flera experimentden genomsnittliga kinetiska energin för gasmolekyler i translationell rörelse vid en given temperatur är densamma och beror inte på typen av gas. Dessutom konstaterades det också att när gasen värms upp med 1 omMed SEE ökar det med samma värde. För att vara mer exakt är detta värde lika med: AEtill = 2,07 x 10-23J /omS. För att beräkna vad genomsnittet ärkinetisk energi hos gasmolekyler i translationell rörelse är det, utöver detta relativa värde, nödvändigt att känna till minst ett absolut värde för energin i translationell rörelse. I fysiken bestäms dessa värden ganska exakt för ett brett temperaturintervall. Till exempel vid en temperatur t = 500 omC kinetisk energi för molekylens translationella rörelse Ek = 1600 x 10-23J. Att känna till 2 mängder (AEtill och Etill), vi kan båda beräkna energin i molekylernas translationella rörelse vid en given temperatur och lösa det omvända problemet - för att bestämma temperaturen från de givna energivärdena.
Slutligen kan vi dra slutsatsen att den genomsnittliga kinetiska energin för molekyler, formeln som anges ovan, beror bara på den absoluta temperaturen (och för varje tillstånd av aggregering av ämnen).
Total mekanisk energibesparingslag
Studien av kroppens rörelse under påverkan av gravitation och elastiska krafter har visat att det finns en viss fysisk mängd, som kallas potentiell energi EP; det beror på koordinaterna för kroppen, och dess förändring likställs med IQE, som tas med motsatt tecken: ΔEn = -AEtill. Så summan av förändringar i FE och PE i kroppen, som interagerar med gravitationskrafter och elastiska krafter, är 0: ΔEP + AEtill = 0. Krafter som bara är beroende av kroppens koordinater kallas konservativ. Attraktionskraften och elasticiteten är konservativa krafter. Summan av kroppens kinetiska och potentiella energier är den totala mekaniska energin: EP + Etill = E. 
Detta faktum, som har bevisats genom de mest exakta experimenten,
kallas mekanisk energibesparingslag... Om kroppar interagerar med krafter somberor på hastigheten för relativ rörelse, mekanisk energi sparas inte i systemet för samverkande kroppar. Ett exempel på denna typ av kraft kallas icke-konservativ, är friktionskrafterna.Om friktionskrafter verkar på kroppen, för att övervinna dem är det nödvändigt att spendera energi, det vill säga en del av den används för att utföra arbete mot friktionskrafter. Brott mot lagen om bevarande av energi är dock bara imaginärt här, eftersom det är ett separat fall för den allmänna lagen om bevarande och omvandling av energi. Kroppens energi försvinner aldrig eller dyker upp igen: det förvandlas bara från en typ till en annan. Denna naturlag är mycket viktig, den genomförs överallt. Det kallas också ibland den allmänna lagen om bevarande och omvandling av energi.
Förbindelsen mellan kroppens inre energi, kinetiska och potentiella energier
Kroppens inre energi (U) är dess totalakroppens energi minus kroppens FE som helhet och dess PE i det yttre kraftsfältet. Av detta kan vi dra slutsatsen att den inre energin består av CE för molekylers kaotiska rörelse, PE-interaktionen mellan dem och intramolekylär energi. Intern energi är en otvetydig funktion av systemets tillstånd, vilket betyder följande: om systemet är i ett givet tillstånd, tar dess inre energi sina inneboende värden, oavsett vad som hände tidigare.
Relativism
När kroppens hastighet är nära ljusets hastighet hittas kinetisk energi med följande formel:
Kroppens kinetiska energi, vars formel har skrivits ovan, kan också beräknas enligt följande princip:
Exempel på uppgifter för att hitta kinetisk energi
1. Jämför den kinetiska energin från en 9 g boll som flyger vid 300 m / s och en man på 60 kg som körs 18 km / h.
Så vad som ges till oss: m1 = 0,009 kg; V1 = 300 m / s; m2 = 60 kg, V2 = 5 m / s.
Beslut:
- Kinetisk energi (formel): Etill = mv2 : 2.
- Vi har alla data för beräkningen, och därför kommer vi att hitta Etill både för personen och för bollen.
- 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.
Svar: den kinetiska energin i bollen är mindre än en persons.
2. En kropp med en massa av 10 kg höjdes till en höjd av 10 m, varefter den släpptes. Vilken typ av FE kommer den att ha på en höjd av 5 m? Luftmotstånd kan försummas.
Så vad som ges till oss: m = 10 kg; h = 10 m; x1 = 5 m; g = 9,81 N / kg. Ek1 -?
Beslut:
- En kropp med en viss massa, upp till en viss höjd, har potentiell energi: EP = mgh. Om kroppen faller, är den i någon höjd h1 kommer att ha svett. energi EP = mgh1 och släktingar. energi Ek1. För att korrekt hitta den kinetiska energin, hjälper formeln ovan inte, och därför löser vi problemet enligt följande algoritm.
- I detta steg använder vi lagen om bevarande av energi och skriver: En1 + Ek1 = EP.
- Sedan Ek1 = EP - En1 = mgh - mgh1 = mg (h-h1).
- Att ersätta våra värden i formeln får vi: Ek1 = 10 x 9,81 (10-5) = 490,5 J.
Svar: Ek1 = 490,5 J.
3. Svänghjul med massa m och radie R, lindas runt en axel som passerar genom dess centrum. Svänghastighet för svänghjulet - ω... För att stoppa svänghjulet trycks en bromssko mot dess fälg och verkar på den med kraft Ffriktion... Hur många varv kommer svänghjulet att göra helt stopp? Observera att svänghjulets massa är centrerad på fälgen.
Så vad som ges till oss: m; R; ω; Ffriktion. N -?
Beslut:
- När vi löser problemet kommer vi att betrakta svänghjulets varv som att likna varvningarna i ett tunt homogent band med en radie R och massa m, vilket vrider sig med vinkelhastighet ω.
- En sådan kropps kinetiska energi är lika med: Etill = (Jω2): 2, där J = mR2.
- Svänghjulet kommer att stanna under förutsättning att all dess FE används på arbete för att övervinna friktionskraften Ffriktion, som uppstår mellan bromsbelägget och fälgen: Etill = Ffriktion*från, var från - det här är bromsavståndet 2πRN.
- därför, Ffriktion*2πRN = (mR2ω2): 2, varifrån N = (mω2R): (4πFtr).
Svar: N = (mω2R): (4πFtr).
Sammanfattningsvis
Energi är den viktigaste ingrediensen i alltaspekter av livet, för utan det skulle inga organ kunna utföra arbete, inklusive människor. Vi tror att artikeln gjorde det klart för dig vad energi är, och en detaljerad presentation av alla aspekter av en av dess komponenter - kinetisk energi - kommer att hjälpa dig att förstå många av de processer som sker på vår planet. Och du kan lära dig att hitta kinetisk energi från ovanstående formler och exempel på problemlösning.
