Kinetisk energi: formelen definisjon. Finn den kinetiske energi til molekylene, translatorisk bevegelse, fjær, kropp, molekyler av gass?

Daglig erfaring viser at eiendommen av kroppen kan bli flyttet, og flyttet for å stoppe. Vi er alltid noe å gjøre rundt om i verden er travle, solen skinner ... Men hvor ble menneske, dyr og i naturen for øvrig kommer fra styrke til å gjøre dette arbeidet? Enten forsvinner mekanisk bevegelse uten spor? Det vil begynne å flytte hvis kroppen er en uten å endre annen trafikk? Alt dette vil bli diskutert i vår artikkel.

Konseptet med energi

For motorer, som gir bevegelsen av biler, traktorer, lokomotiver, fly må et drivstoff som er en kilde til energi. Elektriske maskiner formidle bevegelse ved hjelp av elektrisitet. På grunn av energien av vann som faller fra en høyde, hydro sin tur er koblet til elektriske maskiner, generering av en elektrisk strøm. Man å eksistere og arbeid, trenger også energi. De sier at for, for å utføre noen form for arbeid, trenger du energi. Hva er energi?

• Observasjon 1. Hev ballen over bakken. Mens han er i en tilstand av ro, er det mekaniske arbeidet ikke er utført. La ham gå. Under påvirkning av tyngdekraften ballen faller ned på bakken fra en viss høyde. I løpet av høsten ballen utføres mekanisk arbeid.
• Observasjon 2. somknite våren, fikse vi det og sette tråden på våren slug. Satte fyr på tråden, ligger våren flatt og heve jern vekt på en viss høyde. Våren har utført mekanisk arbeid.
• 3. Observasjon tralle vil feste stangen med blokken i enden. Etter blokken perekinem tråden, er den ene ende av hvilken er viklet opp på trallen akse og i den andre henger bob. Slipp søkke. Under påvirkning av tyngdekraften , vil han synke ned og gi vognen. Bob utført mekanisk arbeid.

Etter analysering av alle de ovennevnte observasjoner, kan vi konkludere med at hvis kroppen eller flere organer på den tiden av interaksjonen utføre mekanisk arbeid, så sier vi at de har en mekanisk kraft eller energi.

Konseptet med energi

Energi (fra det greske ordet energi -. Aktiviteter) - en fysisk størrelse som karakteriserer organer evne til å utføre arbeidet. Enheten av energi, og også virker i SI-systemet er en Joule (J 1). Brevet energi merket med bokstaven E. Fra ovennevnte eksperimenter, er det klart at kroppen utfører arbeid når du passerer fra en tilstand til en annen. Energien i kroppen på samme tid endringer (avtar), og den mekanisk arbeid utført av legemet er et resultat av en endring i den mekaniske energi.

Typer av mekanisk energi. Konseptet med potensiell energi

Skille 2 typer mekanisk energi: potensiell og kinetisk. Nå en nærmere titt på den potensielle energien.

Den potensielle energi (PE) - er den energi bestemmes av den relative stilling av de organer som interagerer eller deler av kroppen selv. Siden hver kroppen og jorden tiltrekker hverandre, dvs. de samhandler, PE kroppen hevet over bakken, vil avhenge av høyden på løfte h. Jo høyere kroppen er hevet, jo mer hans PE. Det ble etablert eksperimentelt at PE avhenger ikke bare av høyden hvor det er hevet, men også på kroppsvekt. Hvis kroppen hadde blitt hevet til samme høyde, kroppen har en stor masse, og vil ha en stor PE. Formelen for den energi som følgende: E _n = MGH, hvori _{n O} - er en potensiell energi, m - kroppsmassen, g = 9,81 H / kg, h - høyde.

Den potensielle energi i fjæren

Den potensielle energi i den elastisk deformerte legeme kalt fysisk verdien _{Ef som} ved å justere hastigheten til translatorisk bevegelse under virkningen av elastiske krefter avtar nøyaktig like mye som den kinetiske energi øker. Fjærer (som andre deformeres elastisk legeme) har PE, som er lik halvparten av produktet av stivheten k for deformasjon firkantet: x = kx ^2: 2.

Kinetisk energi: formelen og definisjonen av

Noen ganger er verdien av mekanisk arbeid kan sees uten bruk av begrepene kraft og bevegelse, med fokus på det faktum at arbeidet representerer endringen i kroppens energi. Alt som vi kanskje trenger - er massen av en kropp og dens start- og slutthastighet som vil føre oss til kinetisk energi. Den kinetiske energien (KE) - energien skyldes kroppen på grunn av sin egen bevegelse.

Kinetisk energi er den vind, det anvendes for å gi bevegelsesvindturbiner. Drevet av massen av luft under trykk på det skråstilte plan av vindmøllevinger, og tvinge dem til å snu. Rotasjon av transmisjonssystem transmisjonsmekanismen utfører en spesifikk jobb. Drives av vannet, blir turbinen kraft, mister en del av sin CE, å gjøre arbeidet. Flying høyt oppe i luften planet, i tillegg til PE, en CE. Dersom legemet er i en hviletilstand, det vil si dets hastighet i forhold til jorden er null, og dens CE forhold til jorden, er null. Det ble etablert eksperimentelt at jo større vekt og hvor raskt den beveger seg, jo mer det TBE. Formelen for den kinetiske energi av den translatoriske bevegelse i det matematiske uttrykk er som følger:

Hvor K - kinetisk energi, m - kroppsvekt, v - hastighet.

Endringen i kinetisk energi

Siden hastigheten for bevegelse av kroppen er varierende, avhengig av valget av referansesystemet, en verdi CE legeme er også avhengig av dens valg. Endringen i kinetisk energi (IKE) legemet er på grunn av virkningen på kroppen av den ytre kraft F. _Et fysisk størrelse som er _lik E IKE kroppen på grunn av en kraft virknings F, ring drift: A E = _k. Hvis et legeme som beveger seg med en hastighet v _1, kraften F, som faller sammen med den retning, bevegelseshastigheten av legemet vil øke i tidsintervallet t til en viss verdi v _2. I dette tilfellet er IKE:

Hvor m - massen av legemet; d - den bane som gjennomløpes av legemet; V _f1 = _(V2 - V _1); V _f2 = (V + ₂ V _1); a = F: m. Det er av denne formelen beregnes, hvor mye kinetisk energi endres. Formuleringen kan også ha følgende tolkning: _for E = Flcos ά, karakterisert ved cosά er vinkelen mellom vektorene kraft F og den hastighet _V.?

Den gjennomsnittlige kinetisk energi

Kinetisk energi er energien som bestemmes av hastigheten av de forskjellige punkter som hører til dette systemet. Imidlertid være klar over at det er nødvendig å skille mellom to energi som karakteriserer de forskjellige typer av bevegelse: translatoriske og rotasjons. Den gjennomsnittlige kinetiske energien (SKE) i dette tilfellet er den gjennomsnittlige forskjellen mellom den totale energien i hele systemet og dets tankekraft, det vil si, faktisk, dens størrelse - det er den gjennomsnittlige verdien av den potensielle energien. den midlere kinetiske energi formel er:

hvor k - er Boltzmanns konstant; T - temperatur. Det er denne ligningen er grunnlaget for molekylær-kinetisk teori.

Den midlere kinetisk energi av gassmolekylene

Tallrike forsøk har vist at den midlere kinetiske energi av gassmolekylene i den fremadgående bevegelse ved en gitt temperatur er den samme og er ikke avhengig av den type gass. Videre ble det også funnet at oppvarming gass ved ^omtrent 1 C SKE inkrementert med en og samme verdi. Mer presist, er den verdi :? E _k = 2,07 x 10 ^-23 J / ° ^C. For å beregne hva som er den midlere kinetiske energi av gassmolekylene i den progressive bevegelse, er det nødvendig, i tillegg til denne relative verdi, å vite minst ett mer den absolutte verdi av den translatoriske bevegelse av energi. I fysikk, verdiene for et vidt område av temperaturer bestemmes tilstrekkelig nøyaktig. For eksempel, ved t = 500 ^{° C,} den kinetiske energi av den translatoriske bevegelse av molekylet Ek = 1600 x 10 ^-23 J. kjenne verdien av 2 (? E _til E og _K), kan vi beregne hvor energien i translatorisk bevegelse av molekylene ved en gitt temperatur og bestemme inverst problem - å bestemme temperaturen på det sett energiverdier.

Endelig kan vi konkludere med at den midlere kinetiske energi til molekylene, formelen som er vist ovenfor er kun avhengig av absolutt temperatur (og for en hvilken som helst tilstand av aggregering av stoffene).

Loven om bevaring av total mekanisk energi

Studerer bevegelse av legemer under påvirkning av tyngdekraften og den elastiske kraft viste at det er en fysisk størrelse som er kalt potensiell energi E _n; den avhenger av karosserirammen, og dens endring er likestilt IKE, som er tatt med motsatt fortegn: Δ E _{n =} - E _i?. Således er mengden av CE og PE kropp endringer, som samvirker med tyngdekraften og de elastiske krefter er 0:? Δ E _n + E _k = 0. De krefter som er avhengige bare av koordinatene av kroppen, er kalt konservativ. Den attraktive kraft og elastisitet er konservative krefter. Summen av kinetisk og potensiell energi i kroppen er den totale mekaniske energi: E _n + _k = E E.

Dette faktum, som har vist seg de mest nøyaktige eksperimenter,
kalles loven om bevaring av mekanisk energi. Hvis legemet kommuniserer krefter, som avhenger av den relative hastighet, blir den mekaniske energi til systemet samvirkende organer ikke lagret. Et eksempel på de krefter som av denne type, som kalles ikke-konservative, er friksjonskraften. Hvis man virker på kroppen av friksjonskraften, er det nødvendig å overvinne dem å bruke energi som er en del av det blir brukt til å utføre arbeid mot de krefter som friksjon. Men brudd på loven om bevaring av energi er bare innbilt, fordi det er et spesialtilfelle av den generelle loven om bevaring og transformasjon av energi. Kroppen energi aldri forsvinner og dukker opp igjen: hun bare konvertert fra en form til en annen. Denne loven i naturen er veldig viktig, det er gjort overalt. Det er også noen ganger referert til som den generelle loven om bevaring og transformasjon av energi.

Kommunikasjon mellom den indre energien i kroppen, den kinetiske og potensielle energien

Den indre energi (U) av legemet - det er hans fulle energi i kroppen minus kroppen av EF som en helhet og dens PE i den ytre feltstyrke. Fra dette kan vi konkludere med at den indre energi består av TBE tilfeldige bevegelse av molekyler, vekselvirkning mellom PE og vnutremolekulyarnoy energi. Indre energi - en single-verdsatt funksjon av systemet staten, som sier følgende: Hvis systemet er i denne tilstanden, og tar sitt indre energi sin iboende verdi, uavhengig av hva som skjedde tidligere.

relativisme

Når hastigheten av legemet i nærheten av den lette hastighet, er kinetisk energi funnet ved hjelp av følgende formel:

Den kinetiske energi av kroppen, med formelen som er skrevet ovenfor, kan også beregnes på følgende prinsipp:

Eksempler på problemer å finne en kinetisk energi

1. Sammenlign kinetisk energi ball som veide 9 g, flyr med en hastighet på 300 m / s, og en person som veier 60 kg, som kjører med en hastighet på 18 km / t.

Så, hva vi har fått: m ₁ = 0,009 kg; V ₁ = 300 m / s; ₂ m = 60 kg, V ₂ = 5 m / s.

løsning:

• Den kinetiske energien til (formel): E = MV ² _til: 2.
• Vi har alle data for beregningen, og derfor _å finne E og for personen og for ballen.
• 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

Svar: Den kinetiske energien til ballen er mindre enn et menneske.

2. Kropps 10 kg ble hevet til en høyde på 10 m, hvoretter den ble sluppet. Hva EC vil det være i en høyde på 5 m? Luftmotstanden er lov til å bli neglisjert.

Så, hva vi har fått: m = 10 kg; H = 10 m; ₁ h = 5 m; g = 9,81 N / kg. E _k1 -

løsning:

• Legemet av gitt masse, hevet til en viss høyde, er den potensielle energi: E _p = MGH. Dersom kroppen faller, er det i en viss høyde h ₁ vil ha en svette. energi E = MGH _{krav 1} og Kin. energi E _k1. Til riktig funnet den kinetiske energi av formelen, som har vært vist ovenfor, ikke virker, og derfor løse problemet i henhold til følgende algoritme.
• I dette trinnet du bruke loven om bevaring av energi, og vi kan skrive: E _n1 + E _k1 = E _n.
• Deretter E _k1 = _{n O} - E _n1 = mgh - mgh = ₁ mg (hh _1).
• Idet man anvendte verdier i vår formel, får vi: E = 10 x _k1 9,81 (10-5) = 490,5 J.

Svar: E _k1 = 490,5 J.

3. En dobbel svinghjul som har en masse m og en radius R, er viklet rundt en akse som passerer gjennom sentrum. Innpakning vinkelhastighet av svinghjulet - ω. For å stoppe den svinghjulet til dets kant presses mot bremseskoen som virker på den med en kraft F _friksjon. Hvor mange revolusjoner vil gjøre svinghjulet til en fullstendig stopp? Ta hensyn til at vekten av svinghjulet er sentrert på felgen.

Så, hva vi har fått: m; R; ω; F _friksjon. N -?

løsning:

• I å løse problemet vil anta en slik fart svinghjul svinger homogent tynn bøyle med en radius R og en masse m, som svinger med en vinkelhastighet ω.
• Den kinetiske energien i kroppen er lik: E _a = (J ω ²⁾ 2, hvor J = m ^R2.
• Svinghjulet stoppe forutsatt at alle hans TBE brukt på arbeidet med å overvinne friksjonskraften F _friksjon mellom bremseklossen og kanten E _til F = friksjons * s, der s - er bremselengden, som er lik 2 πRN.
• Derfor F * 2 _Friksjon πRN = (M ^R2 ω ²⁾ 2 hvor N = (m ω ^2R): (4 π F mp).

Svar: N = (mÊ ^2R): (4πF _mp).

i konklusjonen

Energy - er en viktig komponent i alle aspekter av livet, fordi uten den, er ikke kroppen ikke er i stand til å utføre arbeidet, inkludert mennesker. Vi tror den artikkelen du klart indikerte at det er en kraft, og en detaljert beskrivelse av alle aspekter av en av komponentene - den kinetiske energien - vil hjelpe deg å forstå de mange prosesser som skjer på planeten vår. Og hvordan å finne den kinetiske energien, kan du lære av eksempler på formler og problemløsning av de ovennevnte.