Новости звезд
Кинетическая энергия равна. Энергия. кинетическая энергия. Свойства кинетической энергии
>>Физика 10 класс >>Физика: Кинетическая энергия и ее изменение
Кинетическая энергия
Кинетическая энергия - это энергия тела, которую оно имеет вследствие своего движения.
Если говорить простым языком, то под понятием кинетической энергии следует подразумевать только ту энергию, которую имеет тело при движении. Если же тело пребывает в состоянии покоя, то есть, совершенно не движется, тогда кинетическая энергия будет равняться нулю.
Ваш браузер несовместим с отображением анимации!
Эти снимки показывают влияние шара пинг-понга, натягиваемого пистолетом на «квазизвуковой» скорости. Со скоростью безвредный маленький полый шар превращается в опасный снаряд, способный измельчать металл банки. Мы уже знаем потенциальную энергию тела по высоте и кинетическую энергию движущегося тела. Теперь нам нужно определить другой термин - механическую энергию.
Сохранение механической энергии
Мы возвращаемся на детскую площадку? Опыт этой анимации заключается в наблюдении за перемещением красного шара на американские горки. Мяч циркулирует там без трения. Никакая внешняя сила не применяется к ней, она не толкается и не тормозится. Когда объект не подвергается какой-либо внешней силе, его полная механическая энергия остается постоянной.
Кинетическая энергия равняется той работе, которую она должна затратить, чтобы вывести тело из состояния покоя в состояние движения с какой-то скоростью.
Следовательно, кинетическая энергия является разностью между полной энергией системы и её энергией покоя. Иначе говоря, что кинетическая энергия будет частью полной энергии, которая обусловленная движением.
Механическая энергия остается постоянной, но кинетическая энергия и потенциальная энергия могут меняться. На вершине российской горы мяч почти остановился. Когда мяч находится в самой высокой точке, его скорость почти равна нулю, а ее потенциальная энергия максимальна. Когда мяч находится в самой низкой точке, его скорость и кинетическая энергия максимальны и ее потенциальная энергия равна нулю.
Шарик меняет все время высоты и скорости. И вы говорите, что его механическая энергия остается постоянной? Поскольку механическая энергия остается постоянной, мы можем вывести две формулы: во-первых, изменение кинетической энергии противоположно изменению потенциальной энергии. Тогда максимальная кинетическая энергия равна максимальной потенциальной энергии.
Давайте попробуем разобраться в понятии кинетической энергии тела. Для примера возьмем движение шайбы по льду и попробуем понять связь между величиной кинетической энергии и работой, которая должна быть выполнена, чтобы вывести шайбу из состояния покоя и привести ее в движение, имеющее некоторую скорость.
Пример
Играющий на льду хоккеист, ударив клюшкой по шайбе сообщает ей скорость, а так и кинетическую энергию. Сразу после удара клюшкой, шайба начинает очень быстрое движение, но постепенно ее скорость замедляется и наконец, она совсем останавливается. Это значит, что уменьшение скорости явилось результатом силы трения, происходящей между поверхностью и шайбой. Тогда сила трения будет направлена против движения и действия этой силы сопровождаются перемещением. Тело же использует имеющую механическую энергию, выполняя работу против силы трения.
Действительно, скорость меняется все время. Но можно узнать максимальную скорость. Вот теперь упражнение, которое является отличной классикой для студентов физики. Зная максимальную высоту российской горы, какова будет максимальная скорость в самой низкой точке. Конечно, мы предполагаем, что трения нет. Для решения этой проблемы мы исходим из формулы.
Поэтому мы можем рассчитать скорость, если мы знаем максимальную высоту. Являются ли тяжелые шары быстрее, чем легкие шары? Обращаясь к последней формуле, понимается, что скорость полностью не зависит от массы. Галилей сделал это открытие на собственном опыте. Он сбросил два разных предмета по весу с вершины пизанской башни. Одновременно они достигли земли. Очевидно, что эти объекты должны иметь одинаковую плотность.
Из этого примера мы видим, что кинетическая энергия будет той энергией, которую тело получает в результате своего движения.
Следовательно, кинетическая энергия тела, имеющая определенную массу, будет двигаться со скоростью равной той работе, которую должна выполнить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему данную скорость:
Вы можете скачать это резюме в полной версии. Далее: Работа, выполненная по гравитации Предыдущая: Центростремительное ускорение равномерного кругового движения. Если мы ускоряем объект, увеличивая его скорость, применяя силу, мы также увеличиваем кинетическую энергию объекта. Точно так же, если мы его тормозим, последний уменьшается. Мы определяем эти изменения кинетической энергии, говоря, что ваша сила передала энергию от вас к объекту или наоборот. Энергия, данная телу, является положительной работой, а тело, данное телом, является отрицательной работой.
Кинетическая энергия является энергией движущегося тела, которая равняется произведению массы тела на квадрат его скорости, деленной пополам.
Свойства кинетической энергии
К свойствам кинетической энергии относятся: аддитивность, инвариантность по отношению к повороту системы отсчета и сохранение.
Работа имеет единый блок измерения энергии и представляет собой шкалу масштаба. Ответ: Речь идет о правильном применении формулы кинетической энергии. В частности, необходимо преобразовать скорость с почасовых километров в метры в секунду, чтобы иметь выраженную энергию в джоуле в качестве конечного результата. Коэффициент пересчета применяется как обычно. Если мы удваиваем скорость, кинетическая энергия увеличивается в четыре раза.
При длине 5 м он подвергается постоянной силе, имеющей одно и то же направление и одно и то же направление смещения. Вычислите приложенную силу к телу и время, необходимое для изменения скорости. Ответ: Первая часть упражнения разрешена с использованием теоремы о кинетической энергии.
Такое свойство, как аддитивность являет собой кинетическую энергию механической системы, которая слагается из материальных точек и будет равна сумме кинетических энергий всех материальных точек, которые входят в эту систему.
Свойство инвариантности по отношению к повороту системы отсчета обозначает, что кинетическая энергия не зависит от положения точки и направления её скорости. Ее зависимость распространяется лишь от модуля или от квадрата её скорости.
Сколько стоит ваша потенциальная гравитационная энергия? Вопрос: Определите упругую константу пружины, удлиненную на 5 см по отношению к длине покоя, приобретает потенциальную упругую энергию 15 Дж. Посвященный кинетической энергии, мы видим, что если мы проводим работу, применяя силу на какое-то время, чтобы начать тело, это ускоряется все время, когда сила применяется до тех пор, пока она не достигнет заданной скорости. Масса и скорость тела определяют кинетическую энергию, согласно выражению.
В идеале, если мы понижаем упавшее тело, мы оставим на нем силу на гравитационном поле Земли. В сообщении, посвященном потенциальной энергии, мы предположили повторить тот же эксперимент, но, наоборот, подняли тело на определенную высоту. Затем тело достигло уровня потенциальной энергии, определяемой.
Свойство сохранения обозначает, что кинетическая энергия при взаимодействиях, изменяющих лишь механические характеристики системы, совершенно не изменяется.
Это свойство неизменно по отношению к преобразованиям Галилея. Свойства сохранения кинетической энергии и второго закона Ньютона будет вполне достаточно, для выведения математической формулы кинетической энергии.
Мы говорили, что потенциальная энергия - это то, что кинетическая энергия является результатом того же объема работ, выполненных за счет. Применение силы на определенный таймфрейм определяет первую физическую величину, которую мы знаем, чтобы сохранить: количество движения.
Решающим моментом является то, что: если и кинетическая энергия, и потенциальная энергия являются выражением проведенной работы, а потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, когда мы оставляем силу свободной действовать, мы находимся в присутствии сохранение форма. Сумма полной энергии.
Соотношение кинетической и внутренней энергии
Но существует такая интересная дилемма, как то, что кинетическая энергия может быть зависимой от того, с каких позиций рассматривать эту систему. Если, например, мы берем объект, который можно рассмотреть только под микроскопом, то, как единое целое, это тело неподвижно, хотя существует и внутренняя энергия. При таких условиях кинетическая энергия появляется только тогда, когда это тело движется, как единое целое.
Или механической энергии, она сохраняется с течением времени. Мы видели, что при сохранении количества его изменение во временной единице не имеет значения, это альтернативный способ сказать, что полная энергия тела во все времена равна постоянной. Сохранение механической энергии позволяет легко предсказать движение тел в изолированных системах, т.е. они не обмениваются силами с внешней. Возьмем, к примеру, движение маятника: когда мы поднимаем мяч у основания маятника, мы проводим работу и максимально приближаем потенциальную энергию.
Как только мы покинем сферу, свободную от перемещения, потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, а сфера увеличивает ее скорость. Когда провод полностью вертикальный, кинетическая энергия будет максимальной, а потенциал, наоборот, минимален: маятник будет замедляться до точки, где остановка изменит направление движения. В это мгновение потенциальная энергия вернется к максимуму, и кинетика будет минимальной.
То же тело, если рассматривать на микроскопическом уровне, обладает внутренней энергией, обусловленной движением атомов и молекул, из которых оно состоит. А абсолютная температура такого тела будет пропорциональна средней кинетической энергии такого движения атомов и молекул.
1. Предположим, что снаряд, летящий с некоторой скоростью, попадает в доску, пробивает ее насквозь и вылетает. Снаряд совершил работу против силы трения, следовательно, он обладал энергией вследствие своего движения.
Другой пример. Автомобиль, движущийся с выключенным двигателем, останавливается через некоторое время под действием сил трения. В начале торможения он тоже обладал энергией. Именно за счет этой энергии автомобиль совершил работу против сил трения.
Энергию, которой обладает тело вследствие своего движения, называют кинетической энергией.
Выясним, от чего зависит кинетическая энергия.
2. Предположим, что на тело массой m действует некоторая сила. Тело при этом перемещается и приобретает ускорение. При перемещении тела сила совершает работу.
Будем считать, что сила и перемещение направлены в одну сторону вдоль одной прямой (рис. 75). Если координатная ось X направлена в ту же сторону, то проекции на эту ось силы, перемещения и ускорения движение равны их модулям.
Сила F , действующая на тело, совершает работу A = Fs . Из второго закона Ньютона найдем силу:
F = ma .
Ускорение, с которым движется тело, равно: a = .
Подставив в формулу работы выражения для силы и перемещения, получим:
A = ms = m –=– .
В левой части равенства стоит работа силы. В правой части равенства стоит разность величин, характеризующих положение движущегося тела в некоторые моменты времени. Эти величины называют кинетической энергией тела в конечном и начальном положениях. Кинетическая энергия тела вычисляется по формуле:
E к = .
Следовательно, можно записать
A = E к2 – E к1 , илиA = DE к.
Работа силы равна изменению кинетической энергии тела.
Это утверждение называют теоремой о кинетической энергии .
Если сила совершает положительную работу, то кинетическая энергия тела увеличивается. Скорость тела при этом возрастает. Если сила совершает отрицательную работу, то кинетическая энергия тела уменьшается. Это происходит, например, при уменьшении скорости тела при действии силы трения.
Кинетическая энергия измеряется в тех же единицах, что и работа, т. е. в джоулях.
Так же как и в том случае, когда тело обладает потенциальной энергией, работа может быть совершена за счет кинетической энергии. При совершении работы происходит изменение положения тела и изменение его энергии.
Вопросы для самопроверки
1. Какую энергию называют кинетической?
2. Чему равна кинетическая энергия тела?
3. В чем состоит теорема о кинетической энергии?
Задание 20
1. Самолет массой 150 т в момент отрыва от поверхности земли имеет скорость 300 км/ ч. Чему равна работа, совершаемая двигателем самолета при его разбеге? Чему равно изменение кинетической энергии самолета?
2. Самолет массой 150 т имеет скорость 300 км/ч в момент отрыва от поверхности земли. Через некоторое время его скорость становится равной 880 км/ч. Чему равна работа двигателей самолета при увеличении его скорости? Чему равно изменение его кинетической энергии? Чему равна кинетическая энергия самолета при его взлете и при движении со скоростью 880 км/ч?
3. На рисунке 76 приведен график зависимости кинетической энергии автомобиля от квадрата его скорости. Определите, пользуясь графиком, массу автомобиля.
