Kinetiese energie: die formule definisie. Vind die kinetiese energie van die molekule, translasie beweging, lente, liggaam, molekules van gas?

Daaglikse ervaring toon dat die eiendom van die liggaam verskuif kan word, en verhuis na stop. Ons is altyd iets om te doen in die wêreld is bedrywige, die son skyn ... Maar waar het die mens, dier, en in die natuur in die algemeen kom van krag tot hierdie werk te doen? Of verdwyn meganiese beweging spoorloos? Dit sal begin om te beweeg as die liggaam een is sonder om die ander verkeer? Dit alles sal in ons artikel bespreek word.

Die konsep van energie

Vir enjin operasie, wat beweging motors, trekkers, lokomotiewe te dra, vliegtuie het 'n brandstof wat 'n bron van energie. Elektriese masjiene te dra beweging deur middel van elektrisiteit. As gevolg van die energie van water wat uit 'n hoogte, hydroturbine verbind draai na elektriese masjiene, die opwekking van 'n elektriese stroom. Man om te bestaan en arbeid, energie moet ook. Hulle sê dat ten einde, ten einde 'n soort van werk uit te voer, moet jy energie nodig. Wat is energie?

• Waarneming 1. Lig die bal bo die grond. Terwyl hy is in 'n toestand van rus, is die meganiese werk nie uitgevoer nie. Laat hom gaan. Onder die invloed van swaartekrag die bal op die grond val van 'n sekere hoogte. Gedurende die val van die bal verrig meganiese werk.
• Waarneming 2. somknite lente, ons los dit en sit die draad op die lente slak. die lente aan die brand gesteek die draad, lê plat en verhoog die yster gewig op 'n sekere hoogte. Lente meganiese werk wat uitgevoer word.
• 3. Waarneming trollie sal die stok te los met die blok aan die einde. Na blok perekinem draad, die een kant van wat wond op die trollie as en by die ander hang bob. Laat gaan van die sinker. Onder die invloed van swaartekrag , sal hy af sink en gee die trollie. Bob uitgevoer meganiese werk.

Na 'n analise van al die bogenoemde waarneming, kan ons aflei dat as die liggaam of liggame verskeie interaksie tydens meganiese werk verrig, is dit gesê dat hulle 'n meganiese krag of energie.

Die konsep van energie

Energie (uit die Griekse woord energie -. Aktiwiteite) - 'n fisiese hoeveelheid wat die vermoë van die liggame 'om die werk te verrig kenmerkend. Die eenheid van energie, en werk ook in die SI stelsel is een Joule (J 1). Die brief energie aangedui deur die letter E. Uit bogenoemde eksperimente, is dit duidelik dat die liggaam verrig werk toe verby van een toestand na 'n ander. waarin die liggaam energie wissel (daal), en die meganiese werk is gelyk aan die gevolg van 'n verandering in sy meganiese krag wat deur die liggaam.

Tipes meganiese energie. Die konsep van potensiële energie

Onderskei 2 tipes van meganiese energie: potensiële en kinetiese. Nou 'n nader kyk na die potensiële energie.

Die potensiële energie (PE) - is die energie wat deur die relatiewe posisie van die liggame wat in wisselwerking of dele van die liggaam self. Aangesien elke liggaam en die aarde mekaar, dws te lok, hulle interaksie, PE liggaam bo die grond verhoog, sal afhang van die lengte van die hysbak h. Hoe hoër die liggaam word opgewek is, hoe meer sy PE. Dit is eksperimenteel vasgestel dat PE hang nie net op die hoogte waarteen daar word opgewek, maar ook op die liggaam gewig. As die liggaam opgewek is om die dieselfde hoogte, sal die liggaam met 'n groter massa 'n groter en PE het. Die formule van die energie soos volg: E _N = mgh, waarin E _N - is 'n potensiële energie, m - Liggaamsmassa, g = 9,81 H / kg, h - hoogte.

Die potensiële energie van die lente

Die potensiële energie van die elastisch vervorm liggaam geroep fisiese waarde E _{f wat} toe pas die spoed van translasie beweging onder die optrede van elastiese kragte afneem presies so veel as die kinetiese energie toeneem. Springs (soos ander elastisch vervorm liggaam) het die PE, wat gelyk is aan die helfte van die produk van die styfheid k vir vervorming vierkante is: x = kx ^2: 2.

Kinetiese energie: die formule en die definisie van

Soms is die waarde van meganiese werk kan gesien word sonder die gebruik van die begrippe van krag en beweging, met die fokus op die feit dat die werk stel die verandering in energie van die liggaam. Al wat ons nodig het - is die massa van 'n liggaam en sy begin en einde spoed wat ons sal lei tot die kinetiese energie. Die kinetiese energie (KE) - die energie toe te skryf aan die liggaam as gevolg van hul eie beweging.

Kinetiese energie is die wind, dit word gebruik om beweging wind turbines te dra. Gedryf deur die massa van lug onder druk op die skuinsvlak van wind turbine vlerke, en dwing hulle om te draai. Rotasie deur oordrag stelsel transmissiemeganisme uitvoering van 'n spesifieke werk. Gedryf deur die water, draai die turbine krag, verloor deel van sy uitvoerende hoof, doen die werk. Vlieg hoog in die lug vliegtuig, bykomend tot PE, 'n uitvoerende hoof. As die liggaam is in 'n rustende toestand, dit wil sê sy snelheid relatief tot die Aarde is nul, en sy uitvoerende hoof relatief tot die aarde is nul. Dit is eksperimenteel vasgestel dat hoe groter die gewig en die spoed waarmee dit beweeg, hoe meer dit TBE. Die formule van die kinetiese energie van die translasie beweging in die wiskundige uitdrukking is soos volg:

Waar K - kinetiese energie, m - gewig, v - spoed.

Die verandering in kinetiese energie

Sedert die tempo van beweging van die liggaam is afhanklik van die keuse van die verwysingstelsel, 'n waarde CE liggaam hang ook op sy keuse. Verandering in kinetiese energie (IKE) liggaam plaasvind as gevolg van die optrede op die liggaam van die eksterne krag F. _? N fisiese hoeveelheid wat gelyk is _aan E IKE liggaam is te danke aan 'n krag van aksie F, bel werking: A E = _k. As 'n liggaam wat beweeg teen 'n spoed v _1, die krag F, wat saamval met die rigting, die beweging snelheid van die liggaam sal toeneem in die interval van tyd t na 'n sekere waarde v _2. In hierdie geval, IKE is:

Waar m - die massa van die liggaam; d - die pad gekruis deur die liggaam; V _f1 = (V ₂ - V _1); V _f2 = (V ₂ + V _1); a = F: m. Dit is om hierdie formule bereken word, hoeveel kinetiese energie verander word. Formule kan ook die volgende interpretasie: _E = Flcos ά, waarin cosά is die hoek tussen die vektore van krag F en die snelheid _V.?

Die gemiddelde kinetiese energie

Kinetiese energie is die energie wat deur die spoed van die verskillende punte wat behoort aan hierdie stelsel. Maar wees bewus daarvan dat dit nodig is om te onderskei tussen twee energie wat die verskillende kenmerk tipes beweging: translasie en rotasie. Die gemiddelde kinetiese energie (SKE) in hierdie geval is die gemiddelde verskil tussen die totale energie van die hele stelsel en sy krag van die gees, dit wil sê, in werklikheid, sy grootte - dit is die gemiddelde waarde van die potensiële energie. die gemiddelde kinetiese energie formule is:

waar k - is die Boltzmann konstante; T - temperatuur. Dit is hierdie vergelyking is die basis van die molekulêre-kinetiese teorie.

Die gemiddelde kinetiese energie van die gasmolekules

Talle eksperimente het getoon dat die gemiddelde kinetiese energie van die gasmolekules in die voorwaartse beweging op 'n gegewe temperatuur is dieselfde en is nie afhanklik van die tipe van gas. Verder is dit ook bevind dat verwarming gas ^omstreeks 1 C SKE geinkrementeer deur een en dieselfde waarde. Meer presies, die waarde is :? E _k = 2.07 x 10 ^-23 J / ° ^C. Om te bereken wat is die gemiddelde kinetiese energie van die gasmolekules in die progressiewe beweging, is dit nodig, bykomend tot hierdie relatiewe waarde om te weet ten minste meer een die absolute waarde van die translasie beweging van energie. In fisika, die waardes vir 'n wye verskeidenheid van temperature bepaal voldoende akkuraat. Byvoorbeeld, by t = 500 ^{° C} die kinetiese energie van translasie beweging Ek molekule = 1600 x 10 ^-23 J. 2 Kennis van die waarde (? E _k en E _k), ons kan die energie as 'n translasie beweging van die molekule op 'n gegewe temperatuur te bereken, en om op te los inverse probleem - om die temperatuur op die stel van energie-waardes te bepaal.

Ten slotte, kan ons aflei dat die gemiddelde kinetiese energie van die molekule, die formule wat hierbo getoon hang net af van die absolute temperatuur (en vir enige toestand van samevoeging van die stowwe).

Die wet van die behoud van die totale meganiese energie

Die bestudering van die beweging van liggame onder die optrede van swaartekrag en die elastiese krag getoon dat daar 'n fisiese hoeveelheid wat potensiële energie E _{N heet;} dit hang af van die liggaam raam, en die verandering is gelykstaande IKE, wat geneem met die teenoorgestelde teken: Δ E _{N =} - E _tot?. So, die bedrag van CE en PE veranderinge liggaam, wat saam met die gravitasiekragte en die elastiese magte is 0:? Δ E _N + E _k = 0. Die kragte wat slegs afhanklik van die koördinate van die liggaam, is konserwatief genoem. Die aantrekkingskrag en elastisiteit is konserwatiewe kragte. Die som van die kinetiese en potensiële energie van die liggaam is die totale meganiese energie: E _N + _k = E E.

Hierdie feit, wat bewys is die mees akkurate eksperimente,
bekend as die wet van behoud van meganiese energie. As die liggaam kragte, wat afhanklik is van die relatiewe snelheid interaksie, is die meganiese energie van die stelsel van interaksie liggame nie gered. 'N Voorbeeld van die magte van hierdie tipe, wat geroep is nie-konserwatiewe, is die wrywingskrag. As jy reageer op die liggaam van die wrywingskrag, is dit nodig om hulle te bowe te kom om energie wat deel is van dit gebruik word om werk te verrig teen die magte van wrywing te bestee. Maar die oortreding van die wet van behoud van energie is net denkbeeldige, want dit is 'n spesiale geval van die algemene wet van die behoud en transformasie van energie. Liggaam energie verdwyn nooit en weer verskyn: sy enigste omskep van een formaat na 'n ander. Hierdie wet van die natuur is baie belangrik, dit is oral gedoen. Dit is ook soms na verwys as die algemene wet van die behoud en transformasie van energie.

Kommunikasie tussen die interne energie van die liggaam, die kinetiese en potensiële energie

Die interne energie (U) van die liggaam - dit is sy volle energie van die liggaam minus die liggaam van EG as 'n geheel en sy PE in die eksterne veldsterkte. Hieruit kan ons aflei dat die interne energie bestaan uit TBE ewekansige beweging van molekules, interaksie tussen PE en vnutremolekulyarnoy energie. Interne energie - 'n enkel-gewaardeer funksie van die stelsel staat, wat die volgende sê: as die stelsel is in hierdie toestand, sy interne energie neem sy inherente waarde, ongeag van wat voorheen gebeur het.

relativisme

Wanneer die spoed van die liggaam naby aan die lig snelheid, kinetiese energie is gevind deur die volgende formule te gebruik:

Die kinetiese energie van die liggaam, die formule wat hierbo geskryf het, kan ook bereken word op die volgende beginsel:

Voorbeelde van probleme om 'n kinetiese energie vind

1. Vergelyk kinetiese energie bal weeg 9 g, vlieg teen 'n spoed van 300 m / s, en 'n persoon wat 60 kg weeg, hardloop teen 'n spoed van 18 km / h.

So, gegewe wat ons gewees het: m ₁ = 0,009 kg; V ₁ = 300 m / s; ₂ m = 60 kg, V ₂ = 5 m / s.

oplossing:

• Kinetiese energie (Aand) _tot E = mv ^2: 2.
• Ons het al die data vir die berekening en dus _om E te vind en vir die persoon en vir die bal.
• 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

Antwoord: Die kinetiese energie van die bal is minder as menslike.

2. Liggaam 10 kg is verhoog tot 'n hoogte van 10 m, waarna dit is vrygestel. Wat EG dit sal wees op 'n hoogte van 5 m? Lugweerstand mag word verwaarloos.

So, wat aan ons gegee is: m = 10 kg; h = 10 m; ₁ h = 5 m; g = 9,81 N / kg. E _k1 -

oplossing:

• Die liggaam van gegewe massa, wat tot 'n sekere hoogte, die potensiële energie is: E _p = mgh. As die liggaam val, is dit op 'n sekere hoogte h ₁ sal 'n sweet het. energie E = mgh _{eis 1} en Kin. energie E _k1. Om behoorlik gevind dat die kinetiese energie van die formule, wat hierbo getoon, nie werk nie, en dus die probleem op te los volgens die volgende algoritme.
• In hierdie stap, die wet van behoud van energie gebruik jy, en ons kan skryf: E _N1 + E _k1 = E _N.
• Dan E _k1 = E _N - E ₁ = mgh - mgh ₁ = mg (hh _1).
• Vervang waardes in ons formule, verkry ons: E = 10 x _k1 9,81 (5/10) = 490,5 J.

Antwoord: E _k1 = 490,5 J.

3. 'n tweeling massa vliegwiel met 'n massa m en die radius R, is toegedraai rondom 'n as wat deur die sentrum. Wikkel hoeksnelheid van die vliegwiel - ω. Met die oog op die vliegwiel sy rand stop gedruk teen die rem skoen wat daarop met 'n krag F _wrywing. Hoeveel omwentelings sal die vliegwiel tot stilstand te maak? Neem in ag dat die gewig van die vliegwiel is gesentreer op die rand.

So, wat aan ons gegee is: m; R; ω; F _wrywing. N -

oplossing:

• In die oplossing van die probleem sal so momentum vliegwiel aanvaar draai homogene dun hoepel met 'n radius R en 'n massa m, wat draai met 'n hoeksnelheid ω.
• Die kinetiese energie van die liggaam is gelyk aan: E _a = (J ω ²⁾ 2, waar J = m R ^2.
• Vliegwiel tot stilstand kom onder die voorwaarde dat al sy spandeer op TBE werk om die wrywingskrag F _{wrywing gegenereer} tussen die rem skoen en die rand te bowe te kom: _in E = F wrywing * s, waar s - is die stopafstand, wat gelyk is aan 2 πRN is.
• Daarom, F * 2 _Wrywing πRN = (M R ² ω ²⁾ 2 waar N = (m ω ² R): (4 π F LP).

Antwoord: N = (mω ² R): (4πF _LP).

Ter afsluiting

Energie - is 'n noodsaaklike komponent in alle aspekte van die lewe, want daarsonder sou geen liggaam nie in staat wees om die werk, insluitend mense uit te voer. Ons dink die artikel wat jy duidelik aangedui dat dit 'n krag, en 'n gedetailleerde beskrywing van alle aspekte van een van sy komponente - die kinetiese energie - sal jou help om die baie prosesse wat plaasvind op ons planeet verstaan. En hoe om die kinetiese energie te kry, kan jy leer uit die voorbeelde van formules en probleemoplossing van die bogenoemde.