Kinetička energija: formula, definicija. Kako pronaći kinetičku energiju molekule, translacijsko gibanje, proljeće, tijelo, molekulu plina?

Svakodnevno iskustvo pokazuje da se nepokretna tijela mogu pokrenuti, a pokretne se mogu zaustaviti. Mi smo uvijek nešto učiniti u svijetu je dahom, sunce sja ... Ali odakle ljudi, životinja i prirode u cjelini dolazi od snage učiniti taj posao? nestaje ako mehaničko kretanje bez traga? Hoće li jedno tijelo kretati bez promjene pokreta druge? Sve to ćemo reći u našem članku.

Koncept energije

Za posao motora koji daju promet na automobile, traktore, dizelske lokomotive, zrakoplove potrebna vam je goriva, koja je izvor energije. Električni motori podižu alatni strojevi pomoću električne energije. Zbog energije vode koja pada s visine, hidroturbini su uključeni, povezani s električnim strojevima koji proizvode električnu struju. Ljudska bića također trebaju energiju da bi postojala i radila. Kažu da je za obavljanje nekog posla potrebna energija. Što je energija?

• Promatranje 1. Podignite loptu iznad tla. Dok je u stanju spokoja, mehanicki rad se ne provodi. Pusti ga da ode. Pod utjecajem gravitacije, lopta pada na zemlju s određene visine. Tijekom pada lopte obavlja se mehanički rad.
• Promatranje 2. Izrežemo oprugu, popravimo ga navojem i stavimo utege na proljeće. Postavimo navoj, opruga se uspravlja i diže težine do određene visine. Proljeće je izvršavalo mehanički rad.
• Promatranje 3. Na kolicima, učvrstite šipku s blokom na kraju. Kroz blok bacamo nit, od čega je jedan kraj rana na osovini kolica, a na drugoj visi vagina. Pustimo utege. Pod djelovanjem gravitacija on će ići dolje i dati kolica pokret. Gruž je obavljao mehanički rad.

Nakon analize svih gore navedenih opažanja, može se zaključiti da ako tijelo ili više tijela obavljaju mehanički rad tijekom interakcije, kažu da imaju mehaničku energiju ili energiju.

Koncept energije

Energija (iz grčkih riječi energija - aktivnost) je fizička veličina koja karakterizira sposobnost tijela da obavljaju posao. Jedinica energije, kao i rad u SI sustavu, je jedan Joule (1 J). Na pismu, energija je označena slovom E. Iz gornjih eksperimenata vidljivo je da tijelo provodi rad kad prolazi iz jedne države u drugu. Energija tijela se mijenja (smanjuje), a mehanički rad kojeg provodi tijelo jednako je rezultat promjene njegove mehaničke energije.

Vrste mehaničke energije. Koncept potencijalne energije

Postoje dvije vrste mehaničke energije: potencijal i kinetički. Sad ćemo pogledati potencijalnu energiju.

Potencijalna energija (PE) je energija određena zajedničkim položajem tijela koja djeluje ili dijelovi istog tijela. Kako se bilo koje tijelo i zemlja međusobno privlače, tj. Međusobno djeluju, PE tijelo koje se podiže iznad tla ovisit će o visini podizanja h. Što je više tijelo podignuto, to je više PE. Eksperimentalno je utvrđeno da PE ne ovisi samo o visini do koje je podignuta, već io tjelesnoj težini. Ako su tijela podignuta na istu visinu, tijelo koje ima veliku masu imat će veći PE. Formula za ovu energiju je kako slijedi: E_n = mgh, gdje E_n - ovo je potencijalna energija, m - tjelesna težina, g = 9,81 N / kg, h - visina.

Potencijalna energija izvora

Potencijalna energija elastično deformiranog tijela je fizička veličina E_n, što kada je brzina translacijskog gibanja pod djelovanjem elastične sile smanjuje se onoliko koliko se kinetička energija povećava. Opruge (poput ostalih elastično deformiranih tijela) imaju takav PE, koji je jednak polovini proizvoda njihove krutosti k na trgu deformacije: x = kx²:2.

Kinetička energija: formula i definicija

Ponekad se može smatrati važnost mehaničkog rada bez korištenja pojmova sile i pomaka, naglašavajući da rad obilježava promjenu energije tijela. Sve što nam je potrebno je masa određenog tijela i početne i konačne brzine koje će nas dovesti do kinetičke energije. Kinetička energija (KE) je energija koja pripada tijelu zbog vlastitog gibanja.

Energija vjetra koristi se za kinetičku energiju, koristi se za prijelaz na vjetrenjače. motiviran zračne mase vrše pritisak na nagnute ravnine krila vjetrenjača i tjeraju ih da se okreću. Rotacijsko gibanje prijenosnim sustavima prenosi se na mehanizme koji obavljaju određeni posao. Pokretna voda, omatanje turbina elektrane, gubi dio svog CE, obavljajući posao. Zrakoplov koji leti visoko na nebu, uz PE, ima CE. Ako je tijelo u mirovanju, to jest, njegova brzina u odnosu na Zemlju je nula, tada je njezin CE u odnosu na Zemlju nula. Eksperimentalno je utvrđeno da što je veća masa tijela i brzina kojom se kreće, to je veći FE. Formula za kinetičku energiju translacijskog gibanja u matematičkom izrazu je sljedeća:

gdje K - kinetička energija, m - tjelesne težine, v - brzina.

Promjena kinetičke energije

Budući da je brzina kretanja tijela količina koja ovisi o izboru referentnog okvira, vrijednost CE tijela također ovisi o izboru. Promjena kinetičke energije (IKE) tijela je posljedica djelovanja na tijelu vanjske sile F. Fizikalna količina , što je jednako IUE Delta-E_u tijelo zbog djelovanja sile na njega F, zove se rad: A =Delta-E_u. Ako se tijelo kreće brzinom v₁, snage djela F, koji se podudara s pravcem, brzina kretanja tijela će se povećati tijekom vremenskog razdoblja t do određene vrijednosti v₂. U ovom slučaju ICE je jednak:

gdje m - tjelesna težina- d - put tijela - V_f1 = (V₂ - V₁) - V_f2 = (V₂ + V₁) - a = F: m. Prema toj je formuli promjena kinetičke energije. Formula također može imati sljedeću interpretaciju: Delta-E_u = Flcosά, gdje cosά je kut između vektora sile F i brzinu V.

Prosječna kinetička energija

Kinetička energija je energija određuje brzinu od različitih točaka koje pripadaju ovom sustavu. Međutim, budite svjesni da je potrebno razlikovati dvije energije koje karakteriziraju različiti vrste prometa: prijevoda i rotacije. Prosječna kinetička energija (SKE) u ovom slučaju je prosječna razlika između ukupne energije cijelog sustava i njegova moć uma, to jest, u stvari, njegova veličina - to je prosječna vrijednost potencijalne energije. Formula za prosječnu kinetičku energiju je kako slijedi:

gdje je k Boltzmannova konstanta T je temperatura. To je ova jednadžba koja je osnova molekularno-kinetičke teorije.

Prosječna kinetička energija molekula plina

Brojni eksperimenti pokazali su da je prosječna kinetička energija plinskih molekula u translacijskom gibanju za određenu temperaturu jednaka i ne ovisi o prirodi plina. Osim toga, također je utvrđeno da kada se plin grije 1 ^okoS SCE povećava se za istu vrijednost. Točnije, ta je vrijednost jednaka: Delta-E_u = 2,07 x 10^-23J /^okoS. Da bismo izračunali koliko je prosječna kinetička energija plinskih molekula u translacijskom gibanju jednaka, potrebno je pored ove relativne količine znati i još jednu apsolutnu vrijednost energije translacijskog gibanja. U fizici, ove vrijednosti su prilično točno određene za širok raspon temperatura. Na primjer, na temperaturi t = 500 ^okoC kinetička energija translacijskog gibanja molekule Ek = 1600 x 10^-23J .. Poznavanje 2 količine (Delta-E_u iE_u) možemo izračunati energiju translacijskog gibanja molekula na određenoj temperaturi i riješiti inverzni problem - odrediti temperaturu od zadanih vrijednosti energije.

Na kraju se može zaključiti da je prosječna kinetička energija molekula, formulakotoroy gore prikazani ovisi samo o apsolutnoj temperaturi (i za bilo koju stanju nakupine tvari).

Zakon o zaštiti ukupne mehaničke energije

Proučavanje gibanja tijela pod utjecajem gravitacije i elastičnih sila pokazalo je da postoji određena fizička veličina, koja se naziva potencijalna energija E_n- to ovisi o koordinatama tijela, a njegova promjena je izjednačena s ICE, koji se uzima suprotnim znakom: deltaE_{n =} -Delta-E_u. Dakle, zbroj promjena u FE i PE tijela koji su u interakciji s gravitacijskim silama i elastičnim silama je 0: deltaE_n + Delta-E_u = 0. Pozvaniraju se snage koje ovise samo o koordinatama tijela konzervativan. Snage privlačnosti i elastičnosti su konzervativne sile. Zbroj kinetičkih i potencijalnih energija tijela je ukupna mehanička energija: E_n + E_u = E.

Ova činjenica, koju su dokazali najtočniji eksperimenti,
se zove zakon o zaštiti mehaničke energije. Ako tijela međudjeluju s silama koje ovise o brzini relativnog gibanja, mehanička energija u sustavu međusobno povezanih tijela nije konzervirana. Primjer sila ovog tipa, koji se zovu nekonzervativna, su sile trenja. Ako sile trenja djeluju na tijelo, onda je potrebno trošiti energiju da ih prevladaju, tj. Dio je koristi za obavljanje posla protiv trenja. Međutim, kršenje zakona očuvanja energije samo je zamišljeno, jer je zaseban slučaj općeg zakona očuvanja i transformacije energije. Energija tijela nikada ne nestaje i ne pojavljuje se: ona se samo transformira iz jedne vrste u drugu. Ovaj zakon prirode vrlo je važan, provodi se posvuda. Ponekad se naziva općim zakonom očuvanja i transformacije energije.

Odnos između unutarnje energije tijela, kinetičke i potencijalne energije

Unutarnja energija (U) tijela je njegova ukupna energija tijela nakon što je oduzeta CE tijela kao cjeline i PE u vanjskom polju sila. Iz ovog možemo zaključiti da unutarnja energija sastoji od CE kaotičnog gibanja molekula, PE interakcije između njih i intramolekularne energije. Unutarnja energija je jedinstvena funkcija stanja sustava, koja upućuje na sljedeće: ako je sustav u određenom stanju, njegova unutarnja energija preuzima njegove unutarnje vrijednosti, bez obzira na ono što se ranije dogodilo.

relativizam

Kada je brzina tijela blizu brzine svjetlosti, kinetička energija se nalazi u sljedećoj formuli:

Kinetička energija tijela, čija formula je gore napisana, također se može izračunati na temelju ovog načela:

Primjeri problema u pronalaženju kinetičke energije

1. Usporedite kinetičku energiju kugle od 9 g, lete brzinom od 300 m / s, a muškarcu težine 60 kg, trčanje brzinom od 18 km / h.

Dakle, ono što nam se daje: m₁ = 0.009 kg-V₁ = 300 m / s - m₂ = 60 kg, V₂ = 5 m / s.

rješenje:

• Kinetička energija (formula): E_u = mv² :2.
• Imamo sve podatke za izračun, pa stoga nalazimo E_u i za čovjeka i za kuglu.
• E_k1 = (0,009 kg x (300 m / s)²): 2 = 405 J-
• E_k2 = (60 kg x (5 m / s)²): 2 = 750 J.!
• E_k1 <E_k2.

Odgovor: Kinetička energija lopte je manja od one osobe.

2. Tijelo s masom od 10 kg je podignuto na visinu od 10 m, nakon čega je pušten. Koji CE će imati na visini od 5 m? Otpor zraka može se zanemariti.

Dakle, ono što nam se daje: m = 10 kg-h = 10 m-h₁ = 5 m-g = 9,81 N / kg. E_k1 - ?

rješenje:

• Tijelo određene mase, podignuto na određenu visinu, ima potencijalnu energiju: E_n = mgh. Ako tijelo pada, onda na određenoj visini h₁ će znati. energija E_n = mgh₁ i rođaka. energija E_k1. Da bi se kinetička energija ispravno pronašla, gore navedena formula ne pomaže, pa stoga rješavamo problem pomoću sljedećeg algoritma.
• U ovom koraku koristimo zakon o očuvanju energije i pišemo: E_n1 + E_k1 = E_br.
• tadaE_k1 =E_n - E_n1 =mgh -MGH₁ = mg (h-h₁).
• Zamjenjujući naše vrijednosti u formuli, dobivamo:E_k1 = 10 x 9.81 (10-5) = 490.5 J.

Odgovor: E_k1 = 490,5 J.

3. Zamah koji ima masu m i radijus R, okreće se osi koja prolazi kroz njegov centar. Kutna brzina zavrtanja zavojnice - co-. Kako bi zaustavili zamašnjak, na njegovu je rubu pritisnuta kočna kočnica koja djeluje silom F_trenje. Koliko zavoja leptira zaobilazi potpuno zaustavljanje? Razmislite da je masa zamašnjaka koncentrirana duž ruba.

Dakle, ono što nam se daje: m-R-omega--F_trenje. N -?

rješenje:

• Prilikom rješavanja problema razmotrit ćemo da se zamašnjak okreće sličnim onima tankih homogenih obruča s radijusom R i masu m, koji se okreće kutnom brzinom co.
• Kinetička energija takvog tijela je: E_u = (Jco-²): 2, gdje J =mR².
• Zamašnjak će se zaustaviti, pod uvjetom da se cijeli FE provede na radu kako bi prevladao trenje F_trenje koje se pojavljuju između kočne papučice i ruba: E_u =F_trenje* s_, gdjes - ovo je zaustavni put, što je 2pi-RN.
• dakle, F_trenje*2pi-RN= (mR²co-²): 2, odakle N = (mco-²R): (4pi-F_tt).

Odgovor je: N = (momega-²R): (4pi-F_tt).

U zaključku

Energija - je bitna komponenta u svim aspektima života, jer bez toga nema tijelo neće moći obavljati posao, uključujući i ljude. Mislimo da je članak jasno pokazuje da je moć, a detaljan opis svih aspekata jednog od njegovih komponenti - kinetička energija - će vam pomoći razumjeti mnoge procese koji se događaju na našoj planeti. I kako pronaći kinetičku energiju, što možete naučiti iz primjera formula i rješavanja problema gore.