Vzorce kinetickej energie spolu s vysvetleniami a príkladmi úplných otázok

Kinetická energia je energia vlastnená predmetom pri pohybe. Vzorec kinetickej energie úzko súvisí s potenciálnou energiou a mechanickou energiou.

V tejto diskusii poskytnem vysvetlenie kinetickej energie spolu s kontextom a príkladmi problému, aby bolo ľahšie porozumieť ...

… Pretože diskusia o kinetickej energii sa veľmi často objavuje v materiáloch z fyziky pre študentov vyšších a stredných škôl, veľmi často vychádza aj z otázok týkajúcich sa Národnej skúšky (National Examination).

Definícia energie

Energia je miera schopnosti pracovať.

Preto pri každej činnosti, či už je to tlačenie za stôl, zdvíhanie vecí, beh, potrebujete energiu.

Existuje veľa druhov energie a tá hlavná je

• Kinetická energia
• Potenciálna energia

Kombinácia kinetickej energie a potenciálnej energie sa nazýva aj mechanická energia

Kinetická energia

Kinetická energia je energia vlastnená pohybujúcim sa predmetom.

Slovo kinetický pochádza z gréckeho jazyka, konkrétne kinetikos, čo znamená pohybovať sa. Preto z toho samozrejme majú všetky pohybujúce sa objekty kinetickú energiu.

Hodnota kinetickej energie úzko súvisí s hmotnosťou a rýchlosťou objektu. Množstvo kinetickej energie je priamo úmerné veľkosti hmoty a je úmerné druhej mocnine rýchlosti objektu.

Objekt s veľkou hmotnosťou a rýchlosťou musí mať pri pohybe veľké množstvo kinetickej energie. Naopak, objekty, ktorých hmotnosť a rýchlosť sú malé, je tiež malá ich kinetická energia.

Príklady kinetickej energie sú nákladné vozidlá, ktoré sa pohybujú, keď bežíte, a rôzne ďalšie pohyby.

Ďalší príklad, ktorý môžete pozorovať pri hádzaní kameňov. Skala, ktorú hádžete, musí mať rýchlosť, a preto má kinetickú energiu. Kinetickú energiu tejto skaly môžete vidieť, keď zasiahne cieľ pred ňou.

Potenciálna energia

Potenciálna energia je energia vlastnená objektmi kvôli ich polohe alebo polohe.

Na rozdiel od kinetickej energie, ktorá má dosť jasnú formu, to znamená, že keď sa objekt pohybuje, potenciálna energia nemá určitú formu.

Je to tak preto, lebo potenciálna energia je v podstate energia, ktorá je stále potenciálna alebo je uložená v prírode. A vyjde až keď zmení svoju pozíciu.

Príkladom potenciálnej energie, ktorú môžete ľahko nájsť, je potenciálna energia na jar.

Keď stlačíte pružinu, má uloženú potenciálnu energiu. Preto, keď uvoľníte zovretie pružiny, môže vyvinúť tlak.

To sa deje preto, že sa uvoľnila uložená energia vo forme postenciálnej energie.

Mechanická energia

Mechanická energia je celkové množstvo kinetickej energie a potenciálnej energie.

Mechanická energia má určité jedinečné vlastnosti, konkrétne to, že pod vplyvom konzervatívnej sily bude množstvo mechanickej energie vždy rovnaké, aj keď sú hodnoty potenciálnej energie a kinetickej energie odlišné.

Povedzme napríklad, že na strome dozrelo mango.

Keď je mango v strome, má kvôli svojej polohe potenciálnu energiu a nemá kinetickú energiu, pretože je nehybné.

Ale keď je mango zrelé a spadne, jeho potenciálna energia sa bude zmenšovať, keď sa bude meniť jeho pozícia, zatiaľ čo jeho kinetická energia sa bude zvyšovať, keď sa bude neustále zvyšovať jeho rýchlosť.

To isté pochopíte aj tak, že sa pozriete na príklad prípadu na horskej dráhe.

Ďalej sa v tejto diskusii budem venovať téme kinetickej energie.

Druhy a vzorce kinetickej energie

Kinetická energia existuje podľa jej pohybu v niekoľkých typoch a každý z nich má svoj vlastný vzorec kinetickej energie.

Nasledujú typy

Vzorec kinetickej energie (translačná kinetická energia)

Toto je najzákladnejší vzorec pre kinetickú energiu. Translačná kinetická energia alebo takzvaná kinetická energia je kinetická energia, keď sa objekty pohybujú translačne.

E_k = ½ x m x v2

Informácie:

m = hmotnosť tuhého telesa (kg)

v = rýchlosť (m / s)

E_k= kinetická energia (Joule)

Vzorec rotačnej kinetickej energie

V skutočnosti sa nie všetky objekty pohybujú v lineárnom prechode. Existujú aj objekty, ktoré sa pohybujú krúživým alebo rotačným pohybom.

Vzorec kinetickej energie pre tento typ pohybu sa nazýva vzorec kinetickej energie rotácie a jeho hodnoty sa líšia od bežnej kinetickej energie.

Parametre rotačnej kinetickej energie využívajú moment zotrvačnosti a uhlovú rýchlosť, ktoré sú zapísané do vzorca:

E_{r =} ½ x I x ω2

Informácie:

I = moment zotrvačnosti

ω = uhlová rýchlosť

Na výpočet rotačnej kinetickej energie teda musíte najskôr poznať moment zotrvačnosti a uhlovú rýchlosť objektu.

Relativistické vzorce kinetickej energie

Relativistická kinetická energia je kinetická energia, keď sa objekt pohybuje veľmi rýchlo.

Pretože je to také rýchle, objekty, ktoré sa pohybujú relativisticky, majú rýchlosť, ktorá sa blíži rýchlosti svetla.

V praxi je takmer nemožné, aby veľké objekty dosiahli túto rýchlosť. Preto je táto veľmi veľká rýchlosť všeobecne dosiahnutá časticami, ktoré tvoria atóm.

Vzorec pre relativistickú kinetickú energiu sa líši od bežnej kinetickej energie, pretože jej pohyb už nie je kompatibilný s klasickou newtonovskou mechanikou. Preto sa prístup uskutočňuje pomocou Einsteinovej teórie relativity a vzorec je možné napísať nasledovne

E_k = (y-1) mc2

Kde γ je relativistická konštanta, c je rýchlosť svetla am je hmotnosť objektu.

Energetický vzťah s úsilím

Práca alebo práca je množstvo energie vyvíjanej silou na objekty alebo objekty, ktoré prechádzajú posunom.

Práca alebo práca je definovaná ako súčin vzdialenosti prejdenej silou v smere posunu.

Vyjadrené vo forme

W = F.s

Kde W = práca (Joule), F = sila (N) a s = vzdialenosť (m).

Pozrite sa na nasledujúci obrázok, aby ste lepšie pochopili pojem podnikanie.

Hodnota práce môže byť buď kladná alebo záporná v závislosti od smeru sily na jej posunutie.

Ak je sila vyvíjaná na objekt v opačnom smere ako jeho posunutie, potom je vynaložená práca záporná.

Ak je použitá sila v rovnakom smere ako posunutie, objekt robí pozitívnu prácu.

Ak použitá sila vytvára uhol, potom sa pracovná hodnota počíta iba na základe sily v smere pohybu objektu.

Práca úzko súvisí s kinetickou energiou.

Hodnota práce sa rovná zmene kinetickej energie.

Označuje sa ako:

W = ΔE _k = 1/2 m (v ₂2 -v ₁2 )

Kde W = práca, = zmena kinetickej energie, m = hmotnosť objektu, v₂2 = konečná rýchlosť a v₁2 = počiatočná rýchlosť.

Príklady uplatnenia koncepcie energie v každodennom živote

Príklady použitia potenciálnej energie, a to

• Princíp činnosti katapultu

  V katapulte je guma alebo pružina, ktorá funguje ako vystreľovač kameňov alebo guľka hračky. Guma alebo pružina, ktorá sa tiahne a drží, má potenciálnu energiu. Ak sa guma alebo pružina uvoľnia, potenciálna energia sa zmení na kinetickú

• Princíp práce hydroelektrickej energie

  Použitý princíp je takmer rovnaký, a to zvýšením gravitačného potenciálu zachytenej vody.

Príklady použitia kinetickej energie sú:

• Pohybujúci sa kokos spadol zo stromu

  V tomto prípade sa kokosové ovocie pohybuje, čo znamená, že má kinetickú energiu. Vplyv tejto energie možno pozorovať aj pri príchode kokosového orecha buchnutie v pôde.

• Kopanie lopty

  Ak radi hráte futbal, musíte tiež veľmi kopať do lopty.

Kopanie do lopty je príkladom uplatnenia vzťahu medzi kinetickou energiou a prácou. Do lopty kopnete nohou, čo znamená, že na ňu pracujete. Guľa potom premieňa toto úsilie na kinetickú energiu, aby sa mohla rýchlo pohybovať.

Príklad problému s kinetickou energiou

Príklad problémov s kinetickou energiou 1

Automobil s hmotnosťou 500 kg jazdí rýchlosťou 25 m / s. Vypočítajte kinetickú energiu automobilu pri tejto rýchlosti! Čo sa stane, ak auto náhle zabrzdí?

Je známe:

Hmotnosť automobilu (m) = 500 kg

Rýchlosť vozidla (v) = 25 m / s

Otázka:

Kinetická energia a udalosti, ak auto náhle zabrzdí

Odpoveď:

Kinetickú energiu sedanu je možné vypočítať takto:

Ek = 1/2. m v2

Ek = 1/2. 500. (25) 2

Ek = 156 250 joulov

Keď auto zabrzdí, zastaví sa. Kinetická energia sa zmení na tepelnú a zvukovú energiu generovanú trením medzi brzdami a nápravami a pneumatikami na ceste.

Príklad úlohy kinetickej energie 2

Džíp má kinetickú energiu 560 000 joulov. Ak má auto hmotnosť 800 kg, rýchlosť džípu je ...

Je známe:

Kinetická energia (Ek) = 560 000 Joule

Hmotnosť automobilu (m) = 800 kg

Otázka:

Rýchlosť vozidla (v)?

Odpoveď:

Ek = 1/2. m v2

v = √ 2 x Ek / m

v = √ 2 x 560 000/800

v = 37,42 m / s

Takže rýchlosť džípu je 37,42 m / s

Príklad Problém 3 Kinetická energia a práca

Blok s hmotnosťou 5 kg sa kĺže po povrchu rýchlosťou 2,5 m / s. O nejaký čas neskôr sa blok pohyboval rýchlosťou 3,5 m / s. Aká je celková práca vykonaná na bloku počas tejto doby?

Je známe:

Hmotnosť predmetu = 5 kg

Počiatočná rýchlosť (V1) = 2,5 m / s

Rýchlosť konečného objektu (V2) = 3,5 m / s

Otázka:

Celková práca vykonaná na objekte?

Odpoveď:

W = ΔE_k

W = 1/2 m (v₂2-v₁2)

Š = 1/2 (5) ((3,5) 2- (2,5) 2)

Š = 15 J

Celková práca použitá na objekt je teda 15 joulov.

Príklad úlohy 4 Mechanická energia

Jablko s hmotnosťou 300 gramov padá z poho vo výške 10 metrov. Ak veľkosť gravitácie (g) = 10 m / s2, vypočítajte mechanickú energiu v jablkách!

Je známe:

- hmotnosť predmetu: 300 gramov (0,3 kg)

- gravitácia g = 10 m / s2

- výška h = 10 m

Otázka:

Mechanická energia (Em) jablká?

Odpoveď:

Ak objekt padne a rýchlosť nie je známa, predpokladá sa, že kinetická energia (Ek) je nula (Ek = 0)

Em = Ep + Ek

Em = Ep + 0

Em = Ep

Em = m.g.h

Em = 0,3 kg. 10 .10

Em = 30 joulov

Záver

Mechanická energia, ktorú má spadnuté jablko, je 30 joulov.

Príklad Problém 5 Mechanická energia

Z budovy spadla kniha vážiaca 1 kg. Keď padne na zem, rýchlosť knihy je 20 m / s. Aká je výška budovy, kde padla kniha, ak je hodnota g = 10 m / s2?

Je známe

- hmotnosť m = 1 kg

- rýchlosť v = 20 m / s

- gravitácia g = 10 m / s2

Spýtal sa

Výška budovy (h)

Odpoveď

Em1 = ​​Em2

Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2

m1.g.h1 + 1/2 m1.v12 = m1.g.h2 + 1/2 m1.v22

Ep = maximum

Ek1 = 0 (pretože kniha sa zatiaľ nehýbala

Ep2 = 0 (pretože kniha je už na zemi a nemá výšku)

Ek2 = maximum

m1.g.h1 + 0 = 0 + 1/2 m1.v₂2

1 x 10 x v = 1/2 x 1 x (20) 2

10 x v = 200

h = 200/10

h = 20 metrov.

Záver

Takže výška budovy, kde kniha spadla, je vysoká 20 metrov.

Príklad úlohy 6 Nájdite rýchlosť, ak je známa kinetická energia

Aká je rýchlosť objektu s hmotnosťou 30 kg a kinetickou energiou 500 J?

EK = 1/2 x mv2

500 = 1/2 x 30 x v2

500 = 1/2 x 30 x v2

v2=33,3

v = 5,77 m / s

Príklad úlohy 7 Nájdite hmotnosť, ak je známa kinetická energia

Aká je hmotnosť objektu s kinetickou energiou 100 J a rýchlosťou 5 m / s?

EK = 0,5 x mv2

100 J = 0,5 x m x 52

m = 8 kg

Teda tentokrát diskusia o vzorci kinetickej energie. Dúfajme, že táto diskusia bude užitočná a vy ju môžete pochopiť.

Môžete si tiež prečítať rôzne zhrnutia ďalších školských materiálov v Saintif.

Odkaz

• Čo je to kinetická energia - Khan Academy
• Kinetická energia - učebňa fyziky
• Kinetická, potenciálna, mechanická energia Vzorce, vysvetlenia, príklady, otázky - TheGorbalsla.com
• Úsilie a energia - študijné štúdio