Enerġija kinetika: id-definizzjoni formula. Sib l-enerġija kinetika tal-molekuli, mozzjoni translazzjonali, rebbiegħa, korp, molekuli tal-gass?

esperjenza ta 'kuljum turi li l-proprjetà tal-ġisem tista' tiġi mċaqalqa, u mċaqalqa biex tieqaf. Aħna dejjem xi ħaġa li tagħmel madwar id-dinja qed bieżla, ix-xemx jiddi ... Iżda fejn ma bniedem, l-annimali, u fin-natura b'mod ġenerali jiġu minn saħħa biex jagħmlu dan ix-xogħol? Jekk tisparixxi moviment mekkaniku mingħajr traċċa? Se tibda timxi jekk il-korp huwa wieħed mingħajr ma jinbidel l traffiku ieħor? Dan kollu se jiġu diskussi fil-artikolu tagħna.

Il-kunċett ta 'enerġija

Biex taħdem, li jagħtu karozzi moviment, tractors, lokomotivi, ajruplani bżonn karburant li huwa sors ta 'enerġija. magni elettriċi jagħtu moviment bl-elettriku. Minħabba l-enerġija ta 'ilma li jaqa' mill-għoli, Hydroturbine dawwar konness ma 'magni elettriċi, li jiġġeneraw kurrent elettriku. Bniedem li jeżistu u x-xogħol, jeħtieġu wkoll l-enerġija. Huma jgħidu li sabiex, bil-għan li jwettqu xi tip ta 'xogħol, għandek bżonn l-enerġija. X'inhu l-enerġija?

• Osservazzjoni 1. Għolli l-ballun fuq mill-art. Waqt li jkun fi stat ta 'trankwillità, il-ħidma mekkaniku ma jsirx. Let go lilu. Taħt l-influwenza tal-gravità tal-ballun taqa 'l-art minn ċertu tul. Matul l-waqgħa tal-ballun hija mwettqa xogħol mekkaniku.
• Osservazzjoni 2. rebbiegħa somknite, aħna tiffissa lilha u tpoġġi l-ħajt fuq bugħarwien rebbiegħa. N-nar lil-ħajta, il-rebbiegħa jinsab ċatt u jgħollu l-piż ħadid f'għoli ċerta. Rebbiegħa xogħol mekkaniku imwettaq.
• 3. tròli Osservazzjoni se jiffissaw il-virga mal-blokka fl-aħħar. Wara ħajt blokk perekinem, tarf wieħed minnhom huwa ferita fuq l-assi tròli u fl-Bob oħra mdendlin. Itlaq tas-sinker. Taħt l-influwenza ta ' gravità , huwa se sink isfel u jagħtu l-tròli. Bob wettaq xogħol mekkaniku.

Wara analiżi kollha tal-osservazzjoni ta 'hawn fuq, nistgħu nikkonkludu li jekk l-interazzjoni korp jew korpi diversi matul ix-xogħol mekkaniku hija mwettqa, huwa qal li dawn ikollhom qawwa mekkanika jew l-enerġija.

Il-kunċett ta 'enerġija

Enerġija (mill-kelma enerġija Griega -. Attivitajiet) - kwantità fiżika li tikkaratterizza kapaċità tal-korpi "li twettaq ix-xogħol. L-unità ta 'enerġija, u taħdem ukoll fis-sistema SI hija Joule wieħed (J 1). L-enerġija ittra murija bl-ittra E. Mill-esperimenti ta 'hawn fuq, huwa ċar li l-korp iwettaq xogħol meta tgħaddi minn stat għal ieħor. fejn l-enerġija korp tvarja (tnaqqis), u x-xogħol mekkaniku hija daqs ir-riżultat ta 'bidla fil-poter mekkanika tiegħu jitwettqu mill-korp.

Tipi ta 'enerġija mekkanika. Il-kunċett ta 'enerġija potenzjali

Iddistingwi 2 tipi ta 'enerġija mekkanika: potenzjali u kinetika. Issa qrib lejn l-enerġija potenzjali.

L-enerġija potenzjali (PE) - hija l-enerġija li hija determinata mill-pożizzjoni relattiva tal-korpi li jkollhom interazzjoni jew li partijiet tal-ġisem innifsu. Peress li kull korp u l-earth jattiraw lil xulxin, jiġifieri, huma jinteraġixxu, korp PE mqajma fuq mill-art, se jiddependi fuq l-għoli tal-h lift. L-ogħla korp titqajjem, l-aktar PE tiegħu. Ġie stabbilit b'mod sperimentali li PE jiddependi mhux biss fuq l-għoli li fiha titqajjem, iżda wkoll fuq il-piż tal-ġisem. Jekk il-korp ma tqajmu kontra l-istess għoli, il-korp li għandhom massa akbar se jkollhom akbar u PE. Il-formula tal-enerġija kif ġej: E _n = MGH, fejn E _n - huwa enerġija potenzjali, m - il-massa Korp, g = 9,81 H / kg, h --għoli.

L-enerġija potenzjali tal-molla

L-enerġija potenzjali tal-ġisem elastically deformat imsejjaħ valur fiżika E _{f li} meta jaġġusta l-veloċità ta 'moviment translazzjonali taħt l-azzjoni ta' forzi elastiċi tonqos eżattament kemm-żidiet enerġija kinetika. Molol (bħal korp ieħor elastically deformat) għandhom il-PE, li hija ugwali għal nofs l-prodott tal-k ebusija għal kwadru deformazzjoni: x = KX ^2: 2.

enerġija kinetika: il-formula u d-definizzjoni ta '

Xi kultant l-valur tax-xogħol mekkaniku jistgħu jidhru mingħajr l-użu tal-kunċetti ta 'forza u l-mozzjoni, li jiffoka fuq il-fatt li x-xogħol jirrappreżenta l-bidla fl-enerġija tal-ġisem. Dak kollu li għandna jistgħu jeħtieġu - hija l-massa ta 'korp u l-bidu tagħha u veloċità aħħarija li ser iwassalna għall-enerġija kinetika. L-enerġija kinetika (KE) - l-enerġija attribwibbli lill-korp minħabba moviment tagħhom stess.

enerġija kinetika huwa l-riħ, huwa użat biex jagħtu turbini tar-riħ mozzjoni. Immexxija mit -massa ta 'arja taħt pressjoni fuq il-pjan inklinat' ġwienaħ turbini tar-riħ, u jġiegħelhom li jduru madwar. Rotazzjoni minn mekkaniżmu tat-trasmissjoni sistema ta 'trasmissjoni li jwettqu xogħol speċifiku. Immexxija mit-ilma, dawriet-qawwa tat-turbini, jitlef parti mill-marka tagħha, tagħmel ix-xogħol. Flying għoli fil-pjan sema, minbarra PE, CE. Jekk il-korp huwa fi stat ta 'mistrieħ, jiġifieri, veloċità tagħha relattiva għall-Dinja huwa żero, u CE tagħha relattiva għall-earth huwa żero. Ġie stabbilit b'mod sperimentali li l-akbar l-piż u l-veloċità li biha jiċċaqlaq, il-li TBE aktar. Il-formula tal-enerġija kinetika tal-mozzjoni translazzjonali fl-espressjoni matematika huwa kif ġej:

Fejn K - enerġija kinetika, m - piż, vs - veloċità.

Il-bidla fl-enerġija kinetika

Ladarba r-rata tal-moviment tal-ġisem hija varjabbli skond l-għażla tas-sistema ta 'referenza, korp CE valur tiddependi wkoll fuq l-għażla tagħha. Bidla fl-enerġija kinetika (IKE) korp iseħħ minħabba l-azzjoni fuq il-ġisem tal-forza esterna F. _? Kwantità fiżika li hija ugwali _{għall-ġisem} E IKE minħabba forza ta 'azzjoni F, sejħa operazzjoni:? A MT = _k. Jekk korp li tkun miexja b'veloċità v _1, il-forza F, li jikkoinċidi mad-direzzjoni, il-veloċità moviment tal-ġisem se tiżdied fl-intervall ta 'ħin t, sa ċertu valur v _2. F'dan il-każ, IKE huwa:

Fejn m - il-massa tal-ġisem; d --passaġġ traversat mill-ġisem; V _f1 = (V ₂ - V _1); V _f2 = (V ₂ + V _1); a = F: m. Huwa għal din il-formula hija kkalkulata, kemm enerġija kinetika tinbidel. Formula jista 'jkollhom ukoll l-interpretazzjoni li ġejja: _għal E = ά Flcos, li fih cosά huwa l-angolu bejn il-vettori ta' forza F u l V. _veloċità?

L-enerġija medja kinetika

enerġija kinetika huwa l-enerġija li hija determinata mill-veloċità tal-punti differenti li jappartjenu għal din is-sistema. Madankollu, ikunu konxji li huwa neċessarju li ssir distinzjoni bejn żewġ enerġija li jikkaratterizzaw l differenti tipi ta 'moviment: translazzjonali u rotazzjonali. L-enerġija kinetika medja (SKE) f'dan il-każ hija d-differenza medja bejn l-enerġija totali tas-sistema kollha u l-qawwa tagħha tal-moħħ, jiġifieri, fil-fatt, id-daqs tagħha - huwa l-valur medju tal-enerġija potenzjali. -formula medja enerġija kinetika huwa:

fejn il-k - hija l-kostanti Boltzmann; T - temperatura. Huwa din l-ekwazzjoni hija l-bażi tat-teorija molekulari-kinetika.

L-enerġija medja kinetika tal-molekuli tal-gass

Bosta esperimenti wrew li l-enerġija kinetika medja tal-molekuli tal-gass fil-moviment 'il quddiem f'temperatura partikolari hija l-istess u ma tiddependix fuq it-tip ta' gass. Barra minn hekk, instab ukoll li l-gass tat-tisħin ta ^'madwar 1 C SKE jiġi inkrementat minn wieħed u l-istess valur. B'mod aktar preċiż, il-valur huwa :? E _k = 2.07 x 10 ^-23 J / ° ^C. Sabiex jiġi kkalkulat dak li huwa l-enerġija kinetika medja tal-molekuli tal-gass fil-moviment progressiv, huwa meħtieġ, minbarra dan il-valur relattiv, li jafu mill-anqas waħda aktar il-valur assolut tal-mozzjoni ta 'enerġija translazzjonali. Fil-fiżika, il-valuri għal firxa wiesgħa ta 'temperaturi ddeterminat b'mod preċiż biżżejjed. Per eżempju, t = 500 ^{° C} 'l-enerġija kinetika ta' moviment translazzjonali Ek molekula = 1600 × 10 ^-23 J. 2 Jaf il-valur (? E _k u E _k), nistgħu jikkalkula l-enerġija bħala mozzjoni ta 'l-molekuli f'temperatura partikolari translazzjonali, u biex isolvu invers problema - li jiddeterminaw it-temperatura fuq is-sett ta 'valuri ta' enerġija.

Fl-aħħarnett, nistgħu nikkonkludu li l-enerġija kinetika medja tal-molekuli, il-formula li huwa muri hawn fuq tiddependi biss fuq it-temperatura assoluta (u għal kull stat ta 'aggregazzjoni tas-sustanzi).

Il-liġi tal-konservazzjoni ta 'enerġija mekkanika totali

Tistudja l-mozzjoni ta 'korpi taħt l-azzjoni tal-gravità u l-forza elastiku wriet li hemm kwantità fiżika li tissejjaħ enerġija potenzjali E _n; dan jiddependi fuq il-qafas tal-ġisem, u l-bidla tagħha ekwiparat IKE, li tittieħed bis-sinjal oppost: Δ E _{n =} - _E?. Għalhekk, l-ammont tal-CE u l-bidliet tal-ġisem PE, li jikkoperaw mal-forzi gravitazzjonali u l-forzi elastiċi hija ta '0:? Δ E _n + E _k = 0. Il-forzi li jiddependu biss fuq il-koordinati tal-ġisem, huma msejħa konservattivi. Il-forza attraenti u l-elastiċità huma forzi konservattivi. Is-somma tal-enerġija kinetika u potenzjali tal-ġisem hija l-enerġija mekkanika totali: E _n + _k = E E.

Dan il-fatt, li ġie ppruvat l-esperimenti l-aktar preċiża,
imsejjaħ il-liġi ta 'konservazzjoni ta' enerġija mekkanika. Jekk il-korp jinteraġixxu forzi, li jiddependu fuq il-veloċità relattiva, l-enerġija mekkanika tas-sistema ta 'korpi interazzjoni ma jkunx ffrankati. Eżempju tal-forzi ta 'dan it-tip, li huma msejħa mhux konservattivi, hija l-forza ta' frizzjoni. Jekk inti jaġixxu fuq ġisem tal-forza frizzjonali, huwa meħtieġ li jingħelbu għal jintefqu l-enerġija li huwa parti minnha hija użata biex iwettqu xogħol kontra l-forzi ta 'frizzjoni. Madankollu, il-ksur tal-liġi tal-konservazzjoni ta 'enerġija huwa biss immaġinarja, minħabba li huwa każ speċjali tal-liġi ġenerali tal-konservazzjoni u t-trasformazzjoni tal-enerġija. enerġija tal-ġisem qatt tisparixxi u jerġa 'jidher: hi biss konvertiti minn forma waħda għall-ieħor. Din il-liġi ta 'natura huwa importanti ħafna, dan isir kullimkien. Huwa xi kultant imsejħa wkoll bħala l-liġi ġenerali ta 'konservazzjoni u t-trasformazzjoni tal-enerġija.

Komunikazzjoni bejn l-enerġija interna tal-ġisem, il-kinetika u l-enerġiji potenzjali

L-enerġija interna (U) tal-ġisem - huwa l-enerġija tiegħu sħiħa tal-korp nieqes l-korp ta KE kollha kemm hi u l-PE tagħha fil-qawwa tal-kamp estern. Minn dan nistgħu nikkonkludu li l-enerġija intern huwa magħmul TBE mozzjoni każwali ta 'molekuli, l-interazzjoni bejn PE u l-enerġija vnutremolekulyarnoy. Intern tal-enerġija - funzjoni b'valur waħdieni tas-istat tas-sistema, li tgħid dan li ġej: jekk is-sistema f'dan l-istat, l-enerġija interna tagħha tieħu valur intrinsiku tagħha, irrispettivament minn dak li ġara qabel.

relattiviżmu

Meta l-veloċità tal-ġisem qrib il-veloċità tad-dawl, l-enerġija kinetika jinstab bil-formula segwenti:

L-enerġija kinetika tal-ġisem, il-formula li ġie miktub hawn fuq, jistgħu jiġu kkalkulati wkoll fuq il-prinċipju li ġej:

Eżempji ta 'problemi biex isibu enerġija kinetika

1. Qabbel ballun enerġija kinetika li jiżnu 9 g, li jtajru b'veloċità ta '300 m / s, u persuna li jiżnu 60 kg, li jimxu b'veloċità ta' 18 km / siegħa.

Allura, dak li ġejna mogħtija: m ₁ = 0.009 kg; V ₁ = 300 m / s; ₂ m = 60 kg, V ₂ = 5 m / s.

soluzzjoni:

• enerġija kinetika (eq) _sa E = mv ^2: 2.
• Għandna l-dettalji kollha għas-kalkolu, u għalhekk _biex isibu E u għall-persuna u għall-ballun.
• E = _k1 (x 0.009 kg (300 m / s) ²⁾ 2 = 405 J;
• _K2 = E (x 60 kg (5 m / s) ²⁾ 2 = 750 J.
• E _k1

Tweġiba: L-enerġija kinetika tal-ballun huwa inqas minn bniedem.

2. Korp 10 kg żdied għal għoli ta '10 m, wara li kien rilaxxat. Liema KE se jkun f'għoli ta '5 m? reżistenza għall-arja huwa permess li jiġu traskurati.

Allura, dak li aħna ġew mogħtija: m = 10 kg; h = 10 m; ₁ h = 5 m; g = 9,81 N / kg. E _k1 -

soluzzjoni:

• Il-korp ta 'massa partikolari, jogħla għal ċertu tul, l-enerġija potenzjali huwa: E _p = MGH. Jekk il-korp taqa ', hija f'ċertu għoli h ₁ se jkollhom għaraq. enerġija E = MGH _{talba 1} u Kin. E _{k1 enerġija.} Biex jinstab sew l-enerġija kinetika tal-formula, li ġie muri hawn fuq, ma jaħdimx, u għalhekk ssolvi l-problema skond l-algoritmu ta 'wara.
• F'dan il-pass, inti tuża l-liġi ta 'konservazzjoni ta' enerġija, u nistgħu jikteb: E _{n 1} + E _k1 = E _n.
• Imbagħad E _k1 = E _n - E _{n 1} = MGH - MGH ₁ = mg (hh _1).
• Tissostitwixxi valuri fil-formula tagħna, irridu jiksbu: E = 10 x _k1 9.81 (10-5) = 490.5 J.

Tweġiba: E _k1 = 490.5 J.

3. flywheel massa twin li għandhom massa mu l-raġġ R, hija mgeżwra madwar assi li jgħaddi ċentru tagħha. Tgeżwir veloċità angolari tal-flywheel - ω. Sabiex titwaqqaf l-volant li rimm tiegħu hija ppressata kontra l-brejkijiet li jaġixxi fuq dan ma _'frizzjoni forza _F. Kemm rivoluzzjonijiet se tagħmel il-flywheel jieqaf kompletament? Iqisu li l-piż tal-flywheel hija ċċentrata fuq ir-rimm.

Allura, dak li aħna ġew mogħtija: m; R; ω; F _frizzjoni. N -?

soluzzjoni:

• Sabiex issolvi l-problema se jassumi tali volant momentum dawriet ċrieki rqiqa omoġenja ma 'R raġġ u m massa, li dawriet ma' ω veloċità angolari.
• L-enerġija kinetika tal-ġisem hija ugwali għal: E _a = (ω J ²⁾ 2, fejn J = m R ^2.
• Flywheel waqfiet bil-kundizzjoni li kollha ta 'tagħha jintefqu fuq ix-xogħol TBE biex jingħelbu _l-frizzjoni forza frizzjoni F _ġġenerata bejn il brejkijiet u r-rimm: _fl-E = F _frizzjoni * _i, fejn i - huwa l-distanza tal-waqfien, li huwa ugwali għal 2 πRN.
• Għalhekk, F * 2 _frizzjoni πRN = (M R ² ω ²⁾ 2 fejn N = (m ω ² R): (4 π F mp).

Tweġiba: N = (mω ² R): (4πF _mp).

Bħala konklużjoni

Enerġija - huwa komponent essenzjali fl-aspetti kollha tal-ħajja, għaliex mingħajrha, l-ebda korp ma jkunux jistgħu jwettqu l-ħidma, inklużi persuni. Aħna naħsbu l-artikolu inti indikat b'mod ċar li huwa poter, u deskrizzjoni dettaljata tal-aspetti kollha ta 'wieħed mill-komponenti - l-enerġija kinetika - ser jgħinek tifhem il-proċessi ħafna li jseħħu fuq il-pjaneta tagħna. U kif isibu l-enerġija kinetika, inti tista 'titgħallem mill-eżempji ta' formuli u jissolvew il-problemi ta 'hawn fuq.