Кинетическая энергия определение и формула: Кинетическая энергия — урок. Физика, 8 класс.

{2}}{2 J}=\frac{L \omega}{2}(4)$$

где J – момент инерции тела по отношению к оси вращения, ?–модуль угловой скорости вращения тела,
r – расстояние от элементарного участка тела до оси вращения,
L – проекция момента импульса вращающегося тела на ось во круг которой идет вращение.

Если твердое тело совершает вращение относительно неподвижной точки (например, точки O), то его кинетическую энергию находят как:

$$E_{k}=\frac{\bar{L} \bar{\omega}}{2}(5)$$

$\bar{L}$ – момент импульса рассматриваемого тела относительно точки О.

Содержание

Единицы измерения кинетической энергии

Основной единицей измерения кинетической энергии (как и любого другого вида энергии) в системе СИ служит:

[Ek]=Дж (джоуль),

в системе СГС –[Ek]= эрг.

При этом: 1 дж= 107 эрг.

Теорема Кенига

Для самого общего случая при расчете кинетической энергии применяют теорему Кенига. В соответствии с которой,
кинетическая энергия совокупности материальных точек есть сумма кинетической энергии поступательного перемещения
системы со скоростью центра масс (vc) и кинетической энергии
(E’k) системы при ее относительном движении к поступательному перемещению системы отсчета. {2}}+1}$

Читать дальше: Формула массы тела.

Энергия. Кинетическая энергия. | Объединение учителей Санкт-Петербурга

Энергия. Виды механической энергии. Работа и энергия.

Энергия — физическая величина, характеризующая состояние тела или системы тел по их движению и взаимодействию. В механике энергия тела или системы тел определяется взаимным положением тел или системы тел и их скоростями. При изменении состояния тела (изменении энергии) совершается механическая работа. Т.о. изменение энергии при переходе системы из одного состояния в другое равно работе внешних сил. Механическая работа — мера изменения энергии тела.

В механике выделяют два вида энергии:

кинетическую энергию и потенциальную энергию.

 

Кинетическая энергия.

Кинетическая энергия — энергия движущегося тела.(От греческого слова kinema — движение). По определению кинетическая энергия покоящегося в данной системе отсчета тела обращается в ноль.

 

Пусть тело движется под действием постоянной силы в направлении действия силы.

Тогда: .    

 

Т.к.   .

Т.к. движение равноускоренное, то: .

Следовательно: .

 — кинетической энергией называется величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости.

 

[Ek]=Дж.

Кинетическая энергия — величина относительная, зависящая от выбора СО, т. к. скорость тела зависит от выбора СО.

 

Т.о. — эта формула выражает теорему о кинетической энергииизменение кинетической энергии тела (материальной точки)за некоторый промежуток времени равно работе, совершенной силой, действующей на тело, за этот же промежуток времени

Эта теорема справедлива для любого движения и для сил любой природы. Если тело разгоняется из состояния покоя, то Ek1=0.    Тогда   A = Ek2.  Следовательно, кинетическая энергия численно равна работе, которую необходимо совершить, чтобы разогнать тело из состояния покоя до данной скорости.

 

Вывод: Работа силы равна изменению кинетической энергии тела, т.е.  A = ΔEk.  Причем, A>0, если Ekувеличивается, и А<0, если Ek<0.

A = ΔEk

Кинетическая и потенциальная энергии

Энергия — важнейшее понятие в механике. Что такое энергия. Существует множество определений, и вот одно из них.

Что такое энергия?

Энергия — это способность тела совершать работу. 

Кинетическая энергия

Рассмотрим тело, которое двигалось под действием каких-то сил  изменило свою скорость с v1→ до v2→. В этом случае силы, действующие на тело, совершили определенную работу A. 

Работа всех сил, действующих на тело, равна работе равнодействующей силы. 

Fр→=F1→+F2→

A=F1·s·cosα1+F2·s·cosα2=Fрcosα.

Установим связь между изменением скорости тела и работой, совершенной действующими на тело силами. Для простоты будем считать, что на тело действует одна сила F→, направленная вдоль прямой линии. Под действием этой силы тело движется равноускоренно и прямолинейно. В этом случае векторы F→, v→, a→, s→ совпадают по направлению и их можно рассматривать как алгебраические величины. 

Работа силы F→ равна A=Fs. Перемещение тела выражается формулой s=v22-v122a. Отсюда:

A=Fs=F·v22-v122a=ma·v22-v122a

A=mv22-mv122=mv222-mv122.

Как видим, работа, совершенная силой, пропорционально изменению квадрата скорости тела. 

Определение. Кинетическая энергия

Кинетическая энергия тела равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости. 

EK=mv22.

Кинетическая энергия — энергия движения тела. При нулевой скорости она равна нулю.

Теорема о кинетической энергии

Вновь обратимся к рассмотренному примеру и сформулируем теорему о кинетической энергии тела.

Теорема о кинетической энергии

Работа приложенной к телу силы равна изменению кинетической энергии тела. Данное утверждение справедливо и тогда, когда тело движется под действием изменяющейся по модулю и направлению силы. 

A=EK2-EK1.

Таким образом, кинетическая энергия тела массы m, движущегося со скоростью v→, равна работе, которую сила должна совершить, чтобы разогнать тело до этой скорости.

A=mv22=EK.

Чтобы остановить тело, нужно совершить работу 

A=-mv22=-EK

Потенциальная энергия

Кинетическая энергия — это энергия движения. Наряду с кинетической энергией есть еще потенциальная энергия, то есть энергия взаимодействия тел, которая зависит от их положения.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Например, тело поднято над поверхностью земли. Чем выше оно поднято, тем больше будет потенциальная энергия. Когда тело падает вниз под действием силы тяжести, эта сила совершает работу. Причем работа силы тяжести определяется только вертикальным перемещением тела и не зависит от траектории.

Важно!

Вообще о потенциальной энергии можно говорить только в контексте тех сил, работа которых не зависит от формы траектории тела. Такие силы называются консервативными.

Примеры консервативных сил: сила тяжести, сила упругости.

Когда тело движется вертикально вверх, сила тяжести совершает отрицательную работу. 

Рассмотрим пример, когда шар переместился из точки с высотой h2 в точку с высотой h3. 

При этом сила тяжести совершила работу, равную 

A=-mg(h3-h2)=-(mgh3-mgh2).

Эта работа равна изменению величины mgh, взятому с противоположным знаком. 

Величина ЕП=mgh — потенциальна энергия в поле силы тяжести. На нулевом уровне (на земле) потенциальная энергия тела равна нулю.

Определение. Потенциальная энергия

Потенциальная энергия — часть полной механической энергии системы, находящейся в поле консервативных сил. Потенциальная энергия зависит от положения точек, составляющих систему.

Можно говорить о потенциальной энергии в поле силы тяжести, потенциальной энергии сжатой пружины и т. д. 

Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком.

A=-(EП2-EП1).

Ясно, что потенциальная энергия зависит от выбора нулевого уровня (начала координат оси OY). Подчеркнем, что физический смысл имеет изменение потенциальной энергии при перемещении тел друг относительно друга. При любом выборе нулевого уровня изменение потенциальной энергии будет одинаковым.

При расчете движения тел в поле гравитации Земли, но на значительных расстояниях от нее, во внимание нужно принимать закон всемирного тяготения (зависимость силы тяготения от расстояния до цента Земли). Приведем формулу, выражающую зависимость потенциальной энергии тела.

EП=-GmMr.

Здесь G — гравитационная постоянная, M — масса Земли.

Потенциальная энергия пружины

Представим, что в первом случае мы взяли пружину и удлинили ее на величину x. Во втором случае мы сначала удлинили пружину на 2x, а затем уменьшили на x. В обоих случаях пружина оказалась растянута на x, но это было сделано разными способами. 

При этом работа силы упругости при изменении длины пружины на x в обоих случаях была одинакова и равна

Aупр=-A=-kx22.

Величина Eупр=kx22 называется потенциальной энергией сжатой пружины. Она равна работе силы упругости при переходе из данного состояния тела в состояние с нулевой деформацией.

Физика. Механика

Запишем уравнение движения материальной точки:

где F — результирующая сила. Умножим уравнение движения скалярно на ds = vdt:

В правой части уравнения мы получили элементарную работу , в левой — выражение, которое можно преобразовать к виду полного дифференциала:

В результате имеем

то есть элементарная работа, совершенная силой F при перемещении ds материальной точки массой m равна приращению величины mv2/2 + const. По размерности это энергия (энергия имеет ту же размерность, что и работа). Получается, что сила совершает некоторую работу, и на такое же количество возрастает указанная величина с размерностью энергии, причем энергии, обусловленной самим фактом движения со скоростью v. Поэтому в нерелятивистской (ньютоновской) механике произвольную константу полагают равной нулю, а то, что осталось, называют кинетической энергией частицы массы m, движущейся со скоростью v. Будем обозначать кинетическую энергию буквой K, другое общепринятое обозначение: буква T. Таким образом, по определению:

Кинетическую энергию материальной точки можно также выразить через ее импульс :

Если F = 0 (система замкнута), то работа сил равна нулю, следовательно, равно нулю приращение кинетической энергии. Иными словами, кинетическая энергия в этом случае сохраняется: К = const. На этом уровне нашего знакомства с законами природы трудно обнаружить особый смысл в введении нового понятия — кинетической энергии, поскольку она полностью определяется импульсом частицы. Но не будем торопиться с выводами. Вся глубина понятия энергии будет выявлена в дальнейшем, когда выяснится, что кинетическая энергия — лишь одна из многочисленных форм энергии.

Выражение для кинетической энергии устанавливает единицу измерения энергии.

В системе СИ единицей измерения работы является джоуль (Дж):

Пример. Найти кинетическую энергию Земли в ее годичном движении вокруг Солнца. Расстояние до Солнца R = 150 млн. км, масса Земли равна MЗ = 6 • 1024 кг.

Мы знаем, что расстояние

Земля преодолевает за время

Отсюда скорость орбитального движения Земли равна

Кинетическая энергия Земли будет равна

На рис. 4.4 показаны характерные значения энергий некоторых физических процессов.

Рис. 4.4. Энергия некоторых физических процессов

Энергия: потенциальная и кинетическая энергия

 

Слово «энергия» в переводе с греческого означает «действие». Энергичным мы называем человека, который активно двигается, производя при этом множество разнообразных действий.

Энергия в физике

И если в жизни энергию человека мы можем оценивать в основном по последствиям его деятельности, то в физике энергию можно измерять и изучать множеством различных способов. Ваш бодрый друг или сосед, скорее всего, откажется повторить тридцать-пятьдесят раз одно и то же действие, когда вдруг вам взбредет на ум исследовать феномен его энергичности.

А вот в физике вы можете повторять почти любые опыты сколь угодно много раз, производя необходимые вам исследования. Так и с изучением энергии. Ученые-исследователи изучили и обозначили множество видов энергии в физике. Это электрическая, магнитная, атомная энергия и так далее. Но сейчас мы поговорим о механической энергии. А конкретнее о кинетической и потенциальной энергии.

Кинетическая и потенциальная энергия

В механике изучают движение и взаимодействие тел друг с другом. Поэтому принято различать два вида механической энергии: энергию, обусловленную движением тел, или кинетическую энергию, и энергию, обусловленную взаимодействием тел, или потенциальную энергию.

В физике существует общее правило, связывающее энергию и работу. Чтобы найти энергию тела, надо найти работу, которая необходима для перевода тела в данное состояние из нулевого, то есть такого, при котором его энергия равна нулю.

Потенциальная энергия

В физике потенциальной энергией называют энергию, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. То есть, если тело поднято над землей, то оно обладает возможностью падая, произвести какую-либо работу.

И возможная величина этой работы будет равна потенциальной энергии тела на высоте h.  Для потенциальной энергии формула определяется по следующей схеме:

A=Fs=Fт*h=mgh,     или      Eп=mgh,

где Eп потенциальная энергия тела,
m масса тела,
h — высота тела над поверхностью земли,
g ускорение свободного падения.

Причем за нулевое положение тела может быть принято любое удобное нам положение в зависимости от условий проводимых опыта и измерений, не только поверхность Земли. 2) / 2 ,

где Eк кинетическая энергия тела,
m масса тела,
v скорость тела.

Из формулы видно, что чем больше масса и скорость тела, тем выше его кинетическая энергия. 

Каждое тело обладает либо кинетической, либо потенциальной энергией, либо и той, и другой сразу, как, например, летящий самолет.

Формула энергии в физике всегда показывает, какую работу совершает или может совершить тело. Соответственно, единицы измерения энергии такие же, как и работы джоуль (1 Дж).

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Коэффициент полезного действия механизмов: расчет, формула + примеры
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspПревращение энергии: закон сохранения энергии

материалы для подготовки к ЕГЭ по Физике

 

Автор — профессиональный репетитор, автор учебных пособий для подготовки к ЕГЭ Игорь Вячеславович Яковлев

Темы кодификатора ЕГЭ: работа силы, мощность, кинетическая энергия, потенциальная энергия, закон сохранения механической энергии.

Мы приступаем к изучению энергии — фундаментального физического понятия. Но предварительно нужно разобраться с другой физической величиной — работой силы.

Работа.

 

Пусть на тело действует постоянная сила и тело, двигаясь прямолинейно по горизонтальной поерхности, совершило перемещение . Сила не обязательно является непосредственной причиной перемещения (так, сила тяжести не является непосредственной причиной перемещения шкафа, который передвигают по комнате).

Предположим сначала, что векторы силы и перемещения сонаправлены (рис. 1; остальные силы, действующие на тело, не указаны)

Рис. 1.A=Fs

 

В этом простейшем случае работа определяется как произведение модуля силы на модуль перемещения:

. (1)

Единицей измерения работы служит джоуль (Дж): Дж=Н м. Таким образом, если под действием силы 1 Н тело перемещается на 1 м, то сила совершает работу 1 Дж.

Работа силы, перпендикулярной перемещению, по определению считается равной нулю. Так, в данном случае сила тяжести и сила реакции опоры не совершают работы.

Пусть теперь вектор силы образует с вектором перемещения острый угол (рис. 2).

Рис. 2. A=Fs cos

 

Разложим силу на две составляющие: (параллельную перемещению) и (перпендикулярную перемещению). Работу совершает только . Поэтому для работы силы получаем:

. Итак,

. (2)

Если вектор силы образует с вектором перемещения тупой угол , то работа по-прежнему определяется формулой (2). В этом случае работа оказывается отрицательной.

Например, работа силы трения скольжения, действующей на тело в рассмотренных ситуациях, будет отрицательной, так как сила трения направлена противоположно перемещению. В этом случае имеем:

, и для работы силы трения получаем:

,

где — масса тела, — коэффициент трения между телом и опорой.

Соотношение (2) означает, что работа является скалярным произведением векторов силы и перемещения:

.

Это позволяет вычислять работу через координаты данных векторов:

.

Пусть на тело действуют несколько сил и — равнодействующая этих сил. Для работы силы имеем:

,

или

,

где — работы сил . Итак, работа равнодействующей приложенных к телу сил равна сумме работ каждой силы в отдельности.

Мощность.

 

Часто имеет значение быстрота, с которой совершается работа. Скажем, на практике важно знать, какую работу сможет выполнить данное устройство за фиксированное время.

Мощность — это величина, характеризующая скорость совершения работы. Мощность есть отношение работы ко времени , за которое эта работа совершена:

.

Мощность измеряется в ваттах (Вт). 1 Вт = 1 Дж/с, то есть 1 Вт — это такая мощность, при которой работа в 1 Дж совершается за 1 с.

Предположим, что силы, действующие на тело, уравновешены, и тело движется равномерно и прямолинейно со скоростью . В этом случае существует полезная формула для мощности, развиваемой одной из действующих сил .

За время тело совершит перемещение . Работа силы будет равна:

.

Отсюда получаем мощность:

,

или

,

где -угол между векторами силы и скорости.

Наиболее часто эта формула используется в ситуации, когда — сила «тяги» двигателя автомобиля (которая на самом деле есть сила трения ведущих колёс о дорогу). В этом случае , и мы получаем просто:

.

Механическая энергия.

 

Энергия является мерой движения и взаимодействия любых объектов в природе. Имеются различные формы энергии: механическая, тепловая, электромагнитная, ядерная. . .

Опыт показывает, что энергия не появляется ниоткуда и не исчезает бесследно, она лишь переходит из одной формы в другую. Это самая общая формулировка закона сохранения энергии.

Каждый вид энергии представляет собой некоторое математическое выражение. Закон сохранения энергии означает, что в каждом явлении природы определённая сумма таких выражений остаётся постоянной с течением времени.

Измеряется энергия в джоулях, как и работа.

Механическая энергия является мерой движения и взаимодействия механических объектов (материальных точек, твёрдых тел).

Мерой движения тела является кинетическая энергия. Она зависит от скорости тела. Мерой взаимодействия тел является потенциальная энергия. Она зависит от взаимного расположения тел.

Механическая энергия системы тел равна сумме кинетической энергии тел и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

Кинетическая энергия.

 

Кинетической энергией тела (принимаемого за материальную точку) называется величина

,

где — масса тела, — его скорость.

Кинетической энергией системы из тел называется сумма кинетических энергий каждого тела:

.

Если тело движется под действием силы , то кинетическая энергия тела, вообще говоря, меняется со временем. Оказывается, именение кинетической энергии тела за некоторый промежуток времени равно работе силы . Покажем это для случая прямолинейного равноускоренного движения.

Пусть — начальная скорость, — конечная скорость тела. Выберем ось вдоль траектории тела (и, соответственно, вдоль вектора силы ). Для работы силы получаем:

.

(мы воспользовались формулой для , выведенной в статье «Равноускоренное движение»). Заметим теперь, что в данном случае проекция скорости отличается от модуля скорости разве что знаком; поэтому и . В результате имеем:

,

что и требовалось.

На самом деле соотношение справедливо и в самом общем случае криволинейного движения под действием переменной силы.

Теорема о кинетической энергии. Изменение кинетической энергии тела равно работе, совершённой приложенными к телу внешними силами за рассматриваемый промежуток времени.

Если работа внешних сил положительна, то кинетическая энергия увеличивается (, тело разгоняется).

Если работа внешних сил отрицательна, то кинетическая энергия уменьшается (, тело замедляет движение). Пример — торможение под действием силы трения, работа которой отрицательна.

Если же работа внешних сил равна нулю, то кинетическая энергия тела за это время не меняется. Нетривиальный пример — равномерное движение по окружности, совершаемое грузом на нити в горизонтальной плоскости. Сила тяжести, сила реакции опоры и сила натяжения нити всегда перпендикулярны скорости, и работа каждой из этих сил равна нулю в течение любого промежутка времени. Соответственно, кинетическая энергия груза (а значит, и его скорость) остаётся постоянной в процессе движения.

Задача. Автомобиль едет по горизонтальной дороге со скоростью и начинает резко тормозить. Найти путь , пройденный автомобилем до полной остановки, если коэффициент трения шин о дорогу равен .

Решение. Начальная кинетическая энергия автомобиля , конечная кинетическая энергия . Изменение кинетической энергии .

На автомобиль действуют сила тяжести , реакция опоры и сила трения . Сила тяжести и реакция опоры, будучи перпендикулярны перемещению автомобиля, работы не совершают. Работа силы трения:

.

Из теоремы о кинетической энергии теперь получаем:

.

Потенциальная энергия тела вблизи поверхности Земли.

 

Рассмотрим тело массы , находящееся на некоторой высоте над поверхностью Земли. Высоту считаем много меньше земного радиуса. Изменением силы тяжести в процессе перемещения тела пренебрегаем.

Если тело находится на высоте , то потенциальная энергия тела по определению равна:

где — ускорение свободного падения вблизи поверхности Земли.

Высоту не обязательно отсчитывать от поверхности Земли. Как мы увидим ниже (формулы (3), (4)), физическим смыслом обладает не сама по себе потенциальная энергия, но её изменение. А изменение потенциальной энергии не зависит от уровня отсчёта. Выбор нулевого уровня потенциальной энергии в конкретной задаче диктуется исключительно соображениями удобства.

Найдём работу, совершаемую силой тяжести при перемещении тела. Предположим, что тело перемещается по прямой из точки , находящейся на высоте , в точку , находящуюся на высоте (рис. 3).

Рис. 3.A=mg(h2-h3)[/math]

 

Угол между силой тяжести и перемещением тела обозначим . Для работы силы тяжести получим:

.

Но, как видно из рис. 3, . Поэтому

,

или

. (3)

Учитывая, что , имеем также:

. (4)

Можно доказать, что формулы (3) и (4) справедливы для любой траектории, по которой тело перемещается из точки в точку , а не только для прямолинейного отрезка.

Работа силы тяжести не зависит от формы траектории, по которой перемещается тело, и равна разности значений потенциальной энергии в начальной и конечной точках траектории. Иными словами, работа силы тяжести всегда равна изменению потенциальной энергии с противоположным знаком. В частности, работа силы тяжести по любому замкнутому пути равна нулю.

Сила называется консервативной, если при перемещении тела работа этой силы не зависит от формы траектории, а определяется только начальным и конечным положением тела. Сила тяжести, таким образом, является консервативной. Работа консервативной силы по любому замкнутому пути равна нулю. Только в случае консервативной силы возможно ввести такую величину, как потенциальная энергия.

Потенциальна яэнергия деформированной пружины.

 

Рассмотрим пружину жёсткости . Начальная деформация пружины равна . Предположим,
что пружина деформируется до некоторой конечной величины деформации . Чему равна при этом работа силы упругости пружины?

В данном случае силу на перемещение не умножишь, так как сила упругости меняется в процессе деформации пружины. Для нахождения работы переменной силы требуется интегрирование. Мы не будем приводить здесь вывод, а сразу выпишем конечный результат.

Оказывается, сила упругости пружины также является консервативной. Её работа зависит лишь от величин и и определяется формулой:

.

Величина

называется потенциальной энергией деформированной пружины (x — величина деформации).

Следовательно,

,

что полностью аналогично формулам (3) и (4).

Закон сохранения механической энергии.

 

Консервативные силы называются так потому, что сохраняют механическую энергию замкнутой системы тел.

Механическая энергия тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергий:

.

Механическая энергия системы тел равна сумме их кинетических энергий и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

Предположим, что тело совершает движение под действием силы тяжести и/или силы упругости пружины. Будем считать, что трения нет. Пусть в начальном положении кинетическая и потенциальная энергии тела равны и , в конечном положении — и . Работу внешних сил при перемещении тела из начального положения в конечное обозначим .

По теореме о кинетической энергии

.

Но работа консервативных сил равна разности потенциальных энергий:

.

Отсюда получаем:

,

или

.

Левая и правая части данного равенства представляют собой механическую энергию тела в начальном и конечном положении:

.

Следовательно, при движении тела в поле силы тяжести и/или на пружине механическая энергия тела остаётся неизменной при отсутствии трения. Справедливо и более общее утверждение.

Закон сохранения механической энергии. Если в замкнутой системе действуют только консервативные силы, то механическая энергия системы сохраняется.

При этих условиях могут происходить лишь превращения энергии: из кинетической в потенциальную и наоборот. Общий запас механической энергии системы остаётся постоянным.

Закон изменения механической энергии.

 

Если между телами замкнутой системы имеются силы сопротивления (сухое или вязкое трение), то механическая энергия системы будет уменьшаться. Так, автомобиль останавливается в результате торможения, колебания маятника постепенно затухают и т. д. Силы трения неконсервативны: работа силы трения очевидным образом зависит от пути, по которому перемещается тело между данными точками. В частности, работа силы трения по замкнутому пути не равна нулю.

Снова рассмотрим движение тела в поле силы тяжести и/или на пружине. Вдобавок на тело действует сила трения, которая за рассматриваемый промежуток времени совершает отрицательную работу . Работу консервативных сил (тяжести и упругости) по-прежнему обозначаем .

Изменение кинетической энергии тела равно работе всех внешних сил:

.

Но , следовательно

.

Отсюда

,

или

.

В левой части стоит величина — изменение механической энергии тела:

.

Итак,при движении тела в поле силы тяжести и/или на пружине изменение механической энергии тела равно работе силы трения. Так как работа силы трения отрицательна,изменение механической энергии также отрицательно: механическая энергия убывает.
Справедливо и более общее утверждение.

Закон изменения механической энергии.
Изменение механической энергии замкнутой системы равно работе сил трения, действующих внутри системы.

Ясно, что закон сохранения механической энергии является частным случаем данного утверждения.

Конечно, убыль механической энергии не противоречит общефизическому закону сохранения энергии. В данном случае механическая энергия превращается в энергию теплового движения частиц вещества и их потенциальную энергию взаимодействия друг с другом, т. е. переходит во внутреннюю энергию тел системы.

 

Преобразователь кинетической энергии в электрическую — Энергетика и промышленность России — № 3 (43) март 2004 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 3 (43) март 2004 года

Известный российский ученый А.О. Шахинов сказал о нем: «Это изобретение очень актуально для нашего XXI века. Так в свое время, когда была изобретена гидроэлектростанция, случился переворот, можно было получать энергию, не затрачивая на это ресурсов и так уже истощившегося запаса полезных ископаемых земного шара».

Устройство производит электроэнергию буквально из воздуха. Такой преобразователь энергии особенно подходит для больших современных городов.

Это не гидроэлектростанция, для которой обязательно требуется река.

Это не приливно/отливная станция, для которой обязательно требуется море или озеро. И это не ветряные электростанции, которые работают только в том случае, если есть ветер. Наш преобразователь энергии действует в любом современном городе и не зависит от воды, ветра, прилива или отлива.

Суть изобретения: специальные встраиваемые панели в дороги города.

При совершении наезда любым видом транспорта на такую панель вырабатывается энергия. Причем вырабатывается очень большое количество энергии. Обратите внимание на то, что если поставить такую панель на оживленном шоссе, то энергия будет поступать бесконечно.

По подсчетам наших специалистов, два таких устройства смогут питать круглые сутки большой 9-этажный 108-квартирный дом! Заметьте, что никаких затрат, кроме первоначальной покупки и установки преобразователя, не требуется. Такой дом не будет зависеть ни от каких электростанций, кроме своей собственной — локальной.

При постройке новых домов можно добавлять в проект наш преобразователь. И спрос на такое жилье будет поистине большим. Ведь кому хочется покупать квартиру, за электроэнергию в которой постоянно надо платить, — если можно купить жилье, в котором можно жить и не переживать за повышение цен на электроэнергию. Энергия в таких домах будет совершенно бесплатна.

Но не только жилые дома могут черпать энергию из преобразователя. Ведь везде существуют предприятия, которые нуждаются в постоянном источнике электропитания.

Вот один из вариантов. Если в аэропорту поставить пару преобразователей, то аэропорт не будет нуждаться в подводке проводов от других электростанций, которые расположены, как всегда, совсем не рядом. Помимо того, что не будет лишних затрат на километры проводов, не будет и надобности оплачивать бесконечное количество счетов от электростанций, которые отнимают значительную часть прибыли. Такой аэропорт сможет забыть про квитанции об оплате электроэнергии. В них отпадет надобность.

Возьмем город в целом. Если вдоль главной трассы поставить 100 таких устройств, то такая дорога будет питать весь город. Значительно улучшатся экологические показатели. А громоздкие сооружения в виде страшных дымящих труб исчезнут.

То есть это — экологически чистый, безопасный и бесплатный способ выработки энергии.

Преобразователь представляет собой редуктор с накопителем энергии — маховиком, который раскручивается за счет поступательного движения толкателя и поворота зубчатого сектора привода. Толкатель вертикально утапливается шарнирным соединением двух металлических площадок на всю ширину проезжей части, имеющих оптимальную длину по 20 метров в обе стороны от шарнира, причем верхняя точка шарнира от плоскости дорожного покрытия находится на высоте 0,5 метра.

Транспортное средство, двигаясь по площадкам, утапливает толкатель через шарнир, раскручивая маховик — накопитель энергии.

После прохождения транспортного средства по площадкам последние возвращаются в исходное положение простейшим механизмом возврата.

Таким образом преобразователь использует вторичный источник энергии, первичный (нефть, газ, уголь) уже затрачен на движение транспортного средства, при этом электрические транспортные средства можно перевести на непосредственное питание от преобразователей, установленных на маршрутах движения.

Проект готов к реализации, причем организация проекта осуществляется на базе любого машиностроительного предприятия и не изменяет принципиально и по существу действующую на нем организацию производства.

Преобразователь содержит силовой блок, включающий кинематически связанные между собой грузовой и уравнивающий механизмы и вал потребителя энергии. Грузовой механизм выполнен в виде двух подвижных шарнирно-соединенных между собой платформ. Платформы установлены своими опорными сторонами с возможностью возвратно-поступательного движения опорных сторон по направлению продольной оси дороги. Платформы являются частью проезжей части дороги. Ось шарнирного соединения платформ ориентирована параллельно опорным сторонам платформ и перпендикулярно продольной оси дороги.

Уравновешивающий механизм выполнен в виде механизма возврата, который содержит по меньшей мере два кронштейна, размещенных по обе стороны дороги, по меньшей мере два блока, размещенных на кронштейнах, по меньшей мере два груза и по меньшей мере два троса, каждый из которых одним своим концом через блок соединен с одним из грузов, а вторым — с грузовым механизмом непосредственно у шарнирного соединения. Кинематическая связь грузового механизма с валом потребителя энергии осуществляется посредством силового привода.

Силовой привод содержит толкатель, шатун, зубчатый сектор, храповой механизм с ведущей и ведомой шестернями, ведущую шестерню вала потребителя энергии и ведомую шестерню вала потребителя энергии, жестко соединенную с этим валом.

В 1998 году его для нас оценила оценочная компания (опытный образец) — 48 тыс. дол. Но это без вмонтирования устройства в дорогу.

С вмонтированием оного в дорогу получится примерно вдвое больше, т.е. около 100 тыс. дол.

Период окупаемости проекта — 1 год.

кинетической энергии | Определение и формула

Раскройте силы потенциальной энергии, кинетической энергии и трения за маятником напольных часов

Изменения потенциальной и кинетической энергии при качании маятника.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео по этой статье

Кинетическая энергия , форма энергии, которую объект или частица имеет в результате своего движения. Если работа, передающая энергию, выполняется с объектом путем приложения чистой силы, объект ускоряется и, таким образом, получает кинетическую энергию.Кинетическая энергия — это свойство движущегося объекта или частицы, которое зависит не только от его движения, но и от его массы. Вид движения может быть поступательным (или движением по пути из одного места в другое), вращением вокруг оси, вибрацией или любой комбинацией движений.

Популярные вопросы

Что такое кинетическая энергия?

Кинетическая энергия — это форма энергии, которую объект или частица имеет в результате своего движения. Если работа, передающая энергию, выполняется с объектом путем приложения чистой силы, объект ускоряется и, таким образом, получает кинетическую энергию.Кинетическая энергия — это свойство движущегося объекта или частицы, которое зависит не только от его движения, но и от его массы.

Какими способами определяется кинетическая энергия объекта?

Поступательная кинетическая энергия тела равна половине произведения его массы, m , и квадрата его скорости, v , или 1/2 mv 2 . Для вращающегося тела момент инерции I соответствует массе, а угловая скорость (омега) ω соответствует линейной или поступательной скорости.Соответственно, кинетическая энергия вращения равна половине произведения момента инерции и квадрата угловой скорости, или 1/2 2 .

Какие единицы энергии обычно связаны с кинетической энергией?

Для повседневных предметов единицей энергии в системе метр-килограмм-секунда является джоуль. Масса 2 кг (4,4 фунта на Земле), движущаяся со скоростью один метр в секунду (чуть больше двух миль в час), имеет кинетическую энергию в один джоуль.Единицей измерения в системе сантиметр-грамм-секунда является эрг, 10 −7 джоулей, что эквивалентно кинетической энергии летящего комара. Электрон-вольт используется в атомном и субатомном масштабах.

Поступательная кинетическая энергия тела равна половине произведения его массы, m , и квадрата его скорости, v , или 1 / 2 mv 2 .

Эта формула действительна только для низких и относительно высоких скоростей; для чрезвычайно высокоскоростных частиц он дает слишком маленькие значения.Когда скорость объекта приближается к скорости света (3 × 10 8 метров в секунду, или 186 000 миль в секунду), его масса увеличивается, и необходимо использовать законы относительности. Релятивистская кинетическая энергия равна увеличению массы частицы по сравнению с массой покоящейся, умноженной на квадрат скорости света.

Единицей энергии в системе метр-килограмм-секунда является джоуль. Двухкилограммовая масса (что-то весит 4,4 фунта на Земле), движущаяся со скоростью один метр в секунду (чуть более двух миль в час), имеет кинетическую энергию в один джоуль.В системе сантиметр-грамм-секунда единицей энергии является эрг, 10 −7 джоулей, что эквивалентно кинетической энергии летящего комара. В определенных контекстах используются и другие единицы энергии, такие как еще меньшая единица, электрон-вольт, в атомном и субатомном масштабе.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.
Подпишитесь сейчас

Для вращающегося тела момент инерции I соответствует массе, а угловая скорость (омега) ω соответствует линейной или поступательной скорости.Соответственно, кинетическая энергия вращения равна половине произведения момента инерции на квадрат угловой скорости, или 1 / 2 2 .

Полная кинетическая энергия тела или системы равна сумме кинетических энергий, возникающих в результате каждого типа движения. См. Механику : Вращение вокруг движущейся оси.

Работа, энергия и сила

Кинетическая энергия — это энергия движения.Объект, который движется — будь то вертикальное или горизонтальное движение — обладает кинетической энергией. Есть много форм кинетической энергии — колебательная (энергия, обусловленная колебательным движением), вращательная (энергия, обусловленная вращательным движением) и поступательная (энергия, обусловленная движением из одного места в другое). Чтобы не усложнять задачу, мы сосредоточимся на поступательной кинетической энергии. Количество поступательной кинетической энергии (далее фраза кинетическая энергия будет относиться к поступательной кинетической энергии), которую имеет объект, зависит от двух переменных: массы (m) объекта и скорости (v) объекта.Следующее уравнение используется для представления кинетической энергии (KE) объекта.

KE = 0,5 • м • v 2

где м = масса объекта

v = скорость объекта

Это уравнение показывает, что кинетическая энергия объекта прямо пропорциональна квадрату его скорости. Это означает, что при двукратном увеличении скорости кинетическая энергия увеличится в четыре раза.При трехкратном увеличении скорости кинетическая энергия увеличится в девять раз. А при четырехкратном увеличении скорости кинетическая энергия увеличится в шестнадцать раз. Кинетическая энергия зависит от квадрата скорости. Как часто говорят, уравнение — это не просто рецепт решения алгебраических задач, но и руководство к размышлениям о взаимосвязи между величинами.

Кинетическая энергия — скалярная величина; у него нет направления. В отличие от скорости, ускорения, силы и количества движения, кинетическая энергия объекта полностью описывается только величиной.2.

1 Джоуль = 1 кг • м 2 / с 2

Хотим предложить …

Как скорость автомобиля (и, следовательно, его кинетическая энергия) влияет на расстояние, которое потребуется для его торможения до остановки? Взаимодействуйте, исследуйте и узнавайте ответ на этот вопрос с помощью нашей интерактивной программы «Тормозное расстояние». Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте.Интерактивная система «Тормозное расстояние» позволяет учащемуся исследовать влияние скорости на тормозной путь игрушечной машины.

Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание кинетической энергии, чтобы ответить на следующие вопросы. Затем нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Определите кинетическую энергию автомобиля американских горок массой 625 кг, движущегося со скоростью 18.3 м / с.

2. Если бы американские горки в описанной выше задаче двигались с удвоенной скоростью, какова была бы его новая кинетическая энергия?

3. Мисси Дьюотер, бывшая ныряльщица с платформы цирка братьев Ринглинг, имела кинетическую энергию 12 000 Дж незадолго до того, как попала в ведро с водой. Если масса Мисси 40 кг, то какова ее скорость?

4.Компактный автомобиль массой 900 кг, движущийся со скоростью 60 миль / час, имеет около 320 000 Джоулей кинетической энергии. Оцените его новую кинетическую энергию, если он движется со скоростью 30 миль / час. (ПОДСКАЗКА: используйте уравнение кинетической энергии как «руководство к размышлению».)

Кинетическая энергия: определение, формула, типы (с примерами)

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор GAYLE TOWELL

Кинетическая энергия — это энергия движения; любой движущийся объект обладает кинетической энергией.Это одно из двух больших ведер, описывающих механическую энергию; другая — потенциальная энергия, которая представляет собой запасенную форму энергии.

Что-то может иметь как потенциальную, так и кинетическую энергию, и эти формы энергии могут трансформироваться туда и обратно до тех пор, пока общая энергия никогда не меняется. Это из-за закона сохранения энергии , который гласит, что полная энергия в замкнутой системе остается постоянной. 2

Единицей СИ для KE является Джоуль (Дж), где 1 Дж = 1 Нм.Чем тяжелее масса и чем быстрее она движется, тем больше у нее кинетической энергии, но она линейно зависит от массы при масштабировании пропорционально квадрату скорости.

Типы кинетической энергии

Механическая кинетическая энергия связана с механическим движением объекта. Он может иметь поступательную (линейную) кинетическую энергию и / или вращательную (вращающуюся) кинетическую энергию. Например, мяч, катящийся по полу, обладает как поступательной, так и вращательной кинетической энергией.

Кинетическая энергия излучения — энергия в форме электромагнитного излучения. Возможно, вы больше всего знакомы с видимым светом, но эта энергия бывает разных типов, которые мы тоже не видим, например, радиоволны, микроволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-лучи. Это энергия, переносимая фотонами — частицами света.

Считается, что фотоны демонстрируют дуальность частица / волна, то есть они действуют как волна и как частица. Они очень сильно отличаются от обычных волн: им не требуется среда, через которую можно перемещаться.Благодаря этому они могут путешествовать в космическом вакууме.

Тепловая кинетическая энергия , также известная как тепловая энергия, является результатом колебания молекул в веществе. Чем быстрее колеблются молекулы, тем больше тепловая энергия и тем горячее объект. Чем медленнее колебания, тем холоднее объект. На пределе, когда все движение прекращается, температура объекта составляет абсолютный 0 по шкале Кельвина. Температура — это мера средней поступательной кинетической энергии на молекулу.

Другие формы энергии часто преобразуются в тепловую в результате сил трения или диссипации. Подумайте о потирании рук, чтобы согреть их — вы превращаете механическую кинетическую энергию в тепловую!

Со звуком и кинетической энергией волны возмущение распространяется через среду. Любая точка в этой среде будет колебаться на месте по мере прохождения волны — либо выровненная с направлением движения (продольная волна , ), либо перпендикулярная ему (поперечная волна ), как это видно с волна на веревочке.

Пока точки в среде колеблются на месте, само возмущение перемещается из одного места в другое. Это форма кинетической энергии, потому что она является результатом движения физического материала.

Звуковая волна — это продольная волна. То есть он возникает в результате сжатия и разрежения в воздухе (чаще всего) или другом материале. Сжатие — это область, в которой среда сжимается и более плотная, а разрежение — это область с меньшей плотностью.

Электрическая кинетическая энергия — это кинетическая энергия, связанная с движущимся зарядом. Это та же механическая кинетическая энергия 1 / 2мв 2 ; однако движущийся заряд также создает магнитное поле. Это магнитное поле, как и гравитационное или электрическое поле, способно передавать потенциальную энергию всему, что может ее «почувствовать» — например, магниту или другому движущемуся заряду.

Когда движущийся заряд проходит через цепь, элементы в цепи позволяют преобразовать соответствующую энергию в световую энергию или другие формы, поскольку цепь используется для питания различных электронных устройств.

Калькулятор кинетической энергии

Этот калькулятор кинетической энергии — инструмент, который помогает вам оценить энергию движения. Он основан на формуле кинетической энергии, которая применяется к каждому объекту, движущемуся в вертикальном или горизонтальном направлении.

В следующей статье объясняется:

  • Что такое кинетическая энергия
  • Как используется формула кинетической энергии
  • Определение кинетической энергии
  • Какие общие единицы кинетической энергии?
  • В чем разница между потенциальной и кинетической энергией
  • Как можно применить теорему работы-энергии
  • Как соотносятся друг с другом уравнения динамического давления и кинетической энергии

Определение кинетической энергии

Энциклопедия дает следующее определение кинетической энергии:

Кинетическая энергия объекта равна энергии, которой он обладает из-за своего движения .Он определяется как работа, необходимая для ускорения тела данной массы от состояния покоя до заявленной скорости. Получив эту энергию во время ускорения , тело сохраняет свою кинетическую энергию до тех пор, пока его скорость не изменится на . Такой же объем работы совершается телом при замедлении от текущей скорости до состояния покоя.

Что такое кинетическая энергия?

Кинетическая энергия — это энергия движущегося объекта. Он предоставляет информацию о том, как масса объекта влияет на его скорость.Возьмем пример. Если вы поместите один и тот же двигатель в грузовик и гладкую машину, первый не сможет достичь той же скорости, что и второй, из-за своей массы. Вы можете легко узнать это с помощью нашего калькулятора кинетической энергии.

Формула кинетической энергии

Формула кинетической энергии определяет соотношение между массой объекта и его скоростью. Уравнение кинетической энергии выглядит следующим образом:

KE = 0,5 * м * v² ,

где:

С помощью формулы кинетической энергии вы можете оценить, сколько энергии необходимо для перемещения объекта.Та же энергия может быть использована для замедления объекта, но имейте в виду, что скорость возведена в квадрат. Это означает, что даже небольшое увеличение скорости изменяет кинетическую энергию на относительно большую величину.

Как насчет того, чтобы попробовать наш калькулятор кинетической энергии? Этот инструмент выполняет любые вычисления за вас после ввода массы и скорости объекта. Он даже работает в обратном порядке, просто введите любые две известные переменные, и вы получите третью! Если вы не знаете скорость объекта, вы можете легко рассчитать ее с помощью нашего калькулятора скорости.

Однако вы должны знать, что эта формула не учитывает релятивистские эффекты , которые становятся заметными на более высоких скоростях. Если объект движется со скоростью, превышающей 1% скорости света (приблизительно 3 000 км / с или 3 000 000 м / с), вам следует использовать наш калькулятор релятивистской кинетической энергии.

Кинетическая энергия

Единицы кинетической энергии точно такие же, как и для любого другого вида энергии. Наиболее популярные и часто используемые единицы кинетической энергии:

  • Джоуль (Дж), эквивалент кг * м² / с² — единица СИ,
  • Фут-фунт (ft · lb) — британская единица измерения,
  • Электронвольт (эВ),
  • калорий (кКал.),
  • Ватт-час (Втч).

Все эти единицы кинетической энергии могут быть легко преобразованы друг в друга с помощью следующих соотношений:
1 Дж = 0,7376 фут · фунт = 6,242 · 10¹⁸ эВ = 0,239 кал = 2,778 · 10⁻⁴ Вт · ч.

Как видите, в зависимости от шкалы они могут отличаться на значительное количество порядков, поэтому удобно использовать научную нотацию или выражать их с помощью некоторого префикса, например, кило- (ккал, кВтч), мега- (МэВ). и т. д. В любом случае, вам не нужно беспокоиться о единицах измерения при использовании нашего калькулятора кинетической энергии; вы можете выбрать то, что вам нравится, щелкнув единицы измерения, и значение будет немедленно преобразовано.

Потенциальная и кинетическая энергия

Потенциальная энергия относится к гравитационному притяжению, действующему на объект, относительно того, как далеко он должен упасть. Когда объект набирает высоту, его потенциальная энергия увеличивается. Если вы хотите проверить, что такое потенциальная энергия и как ее рассчитать, воспользуйтесь нашим калькулятором потенциальной энергии.

Теорема работы-энергии

Оказывается, кинетическая энергия и количество работы, выполняемой в системе, строго коррелированы, и их связь может быть описана теоремой работы-энергии.В нем говорится, что работа, совершаемая всеми внешними силами, преобразуется в изменение кинетической энергии:

W = ΔKE = KE₂ - KE₁ .

На самом деле существует несколько типов кинетических энергий. Мы можем выделить:

  1. Поступательная кинетическая энергия — наиболее известный вид. Это связано с движением объекта, движущегося в определенном направлении, и с расстоянием, которое он преодолевает за данный момент времени. Это вид энергии, который вы можете оценить с помощью этого калькулятора кинетической энергии.

  2. Кинетическая энергия вращения — как следует из названия, учитывает движение тела вокруг оси.

  3. Кинетическая энергия колебаний — можно представить, как частица движется вперед и назад вокруг некоторой точки равновесия, аппроксимированное гармоническим движением. В зависимости от структуры это может быть показано как растяжение, скручивание или изгиб.

В микроскопическом масштабе все эти примеры кинетической энергии являются проявлениями тепловой энергии, которая увеличивается с повышением температуры.

Связь между динамическим давлением и кинетической энергией

Выражение динамического давления (вызванного течением жидкости) следующее:

p = ρ * v² / 2 .

Это очень похоже на уравнение кинетической энергии, потому что масса заменяется плотностью, и это не совпадение. Другое название динамического давления — кинетическая энергия на единицу объема , и аналогично плотность определяется как масса, содержащаяся в определенном объеме.Приложив немного воображения, вы можете использовать наш калькулятор кинетической энергии для оценки динамического давления данной жидкости. Если вы замените массу в кг на плотность в кг / м³ , тогда вы можете представить результат в J как динамическое давление в Па .

Примеры кинетической энергии

Вы сидите в классе, и ваш учитель говорит вам, что кинетическая энергия объекта равна 1 Дж. Как вы думаете — это много или нет? Ключевая информация — это то, о каком объекте мы говорим.Давайте посмотрим на некоторые примеры вычислительной кинетической энергии, чтобы разобраться с различными порядками величины:

  1. Некоторые из частиц с самой высокой энергией, производимые физиками (например, протоны в Большом адронном коллайдере, LHC), достигают кинетической энергии в несколько ТэВ. Говорят, что это сравнимо с кинетической энергией комара. Это впечатляет, когда понимаешь, какое огромное количество молекул содержится в одном насекомом. Однако, если мы вычислим значение в джоулях, то результат будет порядка 1 мкДж .Исходя из этого, отдельная частица с кинетической энергией 1 Дж является чрезвычайно высокой энергией и определенно не будет производиться человечеством в ближайшее время.

  2. Рассмотрим пулю массой 5 г , летящую со скоростью 1 км / с . Его кинетическая энергия равна 2,500 Дж , что намного больше 1 Дж из-за значительной скорости. Вот почему пули наносят большой урон при поражении целей. Воспользуйтесь калькулятором кинетической энергии, чтобы узнать, с какой скоростью должна будет лететь та же пуля, чтобы ее энергия достигла 1 Дж .Это скорость около 20 м / с . Что ж, при ударе о тело все равно будет больно, но хуже, чем синяк, это точно не вызовет.

  3. Корабль весит 50 000 тонн и может двигаться со скоростью 10 узлов . Мы всегда можем использовать преобразователь скорости, чтобы найти, что это около 5,1 м / с . Тогда его кинетическая энергия составляет примерно 661 МДж . Такое количество получено в основном из-за его внушительной массы.

Кинетическая энергия | Что такое кинетическая энергия

Когда работа выполняется с объектом, энергия передается объекту, и объект движется с постоянной скоростью.Энергия, которая передается объекту, называется кинетической энергией. Чтобы ускорить любой объект, мы должны приложить к нему силу. Мы можем выполнить любую работу, применив силу. В этой статье мы собираемся обсудить кинетическую энергию и ее типы.

Что такое кинетическая энергия?

Кинетическая энергия объекта определяется как энергия, которой он обладает при движении. Если мы хотим переместить какой-либо объект, нам нужно применить силу к объекту. Когда работа выполняется с объектом, энергия передается объекту с постоянной скоростью.Энергия, которая передается объекту, называется кинетической энергией . Это зависит от массы и скорости объекта.

Кинетическая энергия может также передаваться между объектами и преобразовываться в другие виды энергии.

Единицы кинетической энергии

Единица СИ кинетической энергии равна Джоулей , что равно 1 кг.м 2 .s -2 , а единица CGS равна эрг .

Формула кинетической энергии

Основная формула для расчета кинетической энергии:

KE = ½ мв 2

В этой формуле KE — это кинетическая энергия , m — масса объекта , а v — скорость объекта .

Как мы можем рассчитать кинетическую энергию?

Уравнение кинетической энергии может быть рассчитано с помощью простого метода вычисления работы (Вт), , совершенной силой (F), .Если тело массой (м) переместится на расстояние (d) на поверхности, приложив силу, параллельную ему, то выполненная работа будет:

W = F.d = m.a.d

Ускорение в этом уравнении можно заменить начальной скоростью (vi), конечной скоростью (vf) и расстоянием d . Его можно получить из уравнений кинетической энергии движения.

W = m.a.d

= m.d. (v 2 f -v 2 i / 2d)

= м.(v 2 f -v 2 i / 2d)

= ½.m.v 2 f — ½.m.v 2 i

После упрощения уравнения получим

K.E = ½ мВ 2

Можно также сказать, что общая работа, выполняемая над объектом, равна изменению кинетической энергии. Уравнение можно записать в следующем виде:

Вт нетто = ΔK

Это уравнение также известно как теорема о рабочей энергии .

Типы кинетической энергии

Существует несколько типов кинетической энергии, например лучистая, тепловая, электрическая, механическая и звуковая энергия.

Энергия излучения

Он определяется как энергия электромагнитных волн или световая энергия, которая может перемещаться в пространстве. Он также известен как электромагнитной энергии .

Ниже приведены различные примеры кинетической энергии:

  • Рентгеновские снимки
  • ультрафиолетовый свет
  • гамма-лучи
  • микроволн
  • инфракрасное излучение
  • радиоволн.

Тепловая энергия

Тепловая энергия определяется как внутренняя энергия объекта, обусловленная движением атомов и молекул. Тепловая энергия объекта зависит от кинетической энергии атомов и молекул. Он также известен как тепловой энергии .

Ниже приведены различные примеры тепловой энергии:

  • Бассейн с подогревом
  • Горячие источники

Электроэнергетика

Энергия бегущего электрона называется электрической энергией.Все объекты состоят из крошечных частиц, называемых атомами. Атомы состоят из других мелких частиц, включая нейтроны, протоны и электроны. Электроны присутствуют в атоме, который непрерывно движется вокруг ядра атома. Электрическая энергия получается из положительных и отрицательных зарядов свободных электронов.

Ниже приведены различные примеры электроэнергии:

  • Электрическая лампочка
  • Молния
  • Аккумуляторы

Механическая энергия

Определяется как сумма кинетической и потенциальной энергии.Эта энергия не может быть сгенерирована или уничтожена, но может быть преобразована из одной формы в другую.

Ниже приведены различные примеры механической энергии:

  • Движущийся автомобиль
  • Облет спутника вокруг Земли

Звуковая энергия

Звуковая энергия — это энергия, производимая вибрацией объекта или источника звука. Эта энергия может проходить через любую среду, перемещая энергию от одной частицы к другой.

Ниже приведены различные примеры звуковой энергии:

  • Звуковой сигнал
  • Сигнализация
  • Барабан
  • Сухарики
  • Камертон

Кинетическая и потенциальная энергия — Chemistry LibreTexts

Цели обучения

  • Определите энергию и два ее основных типа, перечисленных ниже
  • Опишите закон сохранения энергии

Вы, наверное, знакомы с этими видами энергии из уроков физики.{2} \]

где KE — кинетическая энергия, m — масса, v — скорость. Это определение должно иметь смысл: большие объекты, движущиеся быстро, обладают наибольшей энергией, наибольшей способностью толкать другие предметы или опрокидывать их и т. Д. Потенциальная энергия — это энергия, исходящая из положения и силы. Например, гравитационная потенциальная энергия — это энергия, которая есть у вещей, если они находятся высоко. Если они упадут, их потенциальная энергия превратится в кинетическую энергию, потому что они ускоряются под действием силы тяжести.Уравнение для потенциальной энергии от силы тяжести:

\ [PE = mgh \]

где PE — потенциальная энергия, m — масса, g — ускорение свободного падения, h — высота. Это делает единицы измерения энергии очень понятными: масса x расстояние x ускорение или сила x расстояние, что составляет кг • м 2 s -2 . В химии сила, которая приводит к потенциальной энергии, почти всегда является кулоновской силой, а не гравитацией. В этом случае потенциальная энергия от 2-х зарядов рядом друг с другом составляет

\ [PE = \ frac {kQq} {d} \]

где q и Q — 2 заряда, d — расстояние между ними, а k — постоянная величина, 8.99 x 10 9 Дж • м • C -2 . (Джоули, Дж, являются единицей энергии в системе СИ, а кулоны, С, являются единицей заряда в системе СИ.) Когда заряды имеют один и тот же знак, они отталкиваются и будут ускоряться друг от друга, если им позволено двигаться; потенциальная энергия имеет положительный знак. Когда заряды имеют противоположный знак, они притягиваются друг к другу и имеют отрицательную потенциальную энергию. Если им позволить сблизиться, потенциальная энергия станет более отрицательной. Если они разделены, d становится больше, а потенциальная энергия приближается к нулю.

Маятник. Красный шар поднимается в положение 1 и отпускается; он перемещается из положений 2 и 3 в положение 4 на другой стороне.

Сохранение энергии

Вы, наверное, узнали о сохранения энергии уже на уроках физики. Например, если у вас есть маятник, как показано, в положении 1 груз имеет некоторую потенциальную энергию, но не кинетическую энергию. Когда вы отпускаете гирю, гиря падает, перемещаясь через положение 2. В позиции 2 часть потенциальной энергии преобразована в кинетическую энергию.Наконец, в позиции 3 вся потенциальная энергия была преобразована в кинетическую энергию. Когда он проходит 3, процесс меняется на противоположный, и кинетическая энергия преобразуется в потенциальную. Когда гиря достигает положения 4, вся кинетическая энергия преобразуется обратно в то же количество потенциальной энергии, с которым она начиналась в положении 1. Это всего лишь один пример сохранения энергии. Это общее наблюдение, что количество энергии во Вселенной не меняется, и количество энергии в конкретной системе не меняется, если нет потока энергии внутрь или наружу.

Авторы и авторство

Работа, энергия и сила

Определения

Работа может быть определена как передача энергии. В физике мы говорим, что работа выполняется с объектом, когда вы передаете ему энергию. Если один объект передает (отдает) энергию второму объекту, то первый объект работает со вторым объектом.

Работа — это приложение силы на расстоянии.Поднять какой-нибудь груз с земли и положить его на полку — хороший пример работы. Сила равна весу объекта, а расстояние равно высоте полки (W = Fxd).

Принцип работы-энергии — Изменение кинетической энергии объекта равно чистой работе, проделанной над объектом.

Энергия может быть определена как способность выполнять работу. Самый простой случай механической работы — это когда объект стоит на месте, и мы заставляем его двигаться.2.

Виды энергии

Есть два типа энергии во многих формах:

Кинетическая энергия = Энергия движения

Потенциальная энергия = Накопленная энергия

Формы энергии

Солнечное излучение — инфракрасное тепло, радиоволны, гамма-лучи, микроволны, ультрафиолетовый свет

Атомная / ядерная энергия — энергия, выделяемая в ядерных реакциях.Когда нейтрон расщепляет ядро ​​атома на более мелкие части, это называется делением. Когда два ядра соединяются под воздействием миллионов градусов тепла, это называется слиянием

.

Электрическая энергия — Производство или использование электроэнергии в течение периода времени, выраженное в киловатт-часах (кВтч), мегаватт-часах (NM) или гигаватт-часах (ГВтч).

Химическая энергия — Химическая энергия — это форма потенциальной энергии, связанная с разрывом и образованием химических связей. Он накапливается в продуктах питания, топливе и батареях и выделяется в виде других форм энергии во время химических реакций.

Механическая энергия — энергия движущихся частей машины. Также относится к движениям людей

Тепловая энергия — форма энергии, которая передается за счет разницы температур

Что такое Power

Мощность — это работа, выполненная за единицу времени. Другими словами, мощность — это мера того, насколько быстро можно выполнить работу. Единица мощности — ватт = 1 джоуль / 1 секунда.

Одной из распространенных единиц энергии является киловатт-час (кВтч).Если мы используем один кВт мощности, одного кВтч энергии хватит на один час.

Расчет работы, энергии и мощности

РАБОТА = W = Fd

Поскольку энергия — это способность выполнять работу, мы измеряем энергию и работу в одних и тех же единицах (Н * м или джоулях).

МОЩНОСТЬ (P) — скорость производства (или поглощения) энергии с течением времени: P = E / t

Единицей измерения СИ

Power является ватт, представляющий выработку или поглощение энергии со скоростью 1 Джоуль / сек.Единицей измерения мощности в английской системе является мощность в лошадиных силах, что эквивалентно 735,7 Вт.

См. Также: Работа, энергия и мощность — Как понять и рассчитать счет за энергию.


Попробуйте это упражнение!

1) Сила 20 ньютонов, толкающая объект на 5 метров в направлении силы.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.