Запазване на механичната енергия: какво е това, упражнения

НА запазванедаваенергиямеханика е един от законите на механиката, които произтичат от принципвзапазванедаваенергия. Според закона за запазване на механичната енергия, когато няма дисипативна сила действа върху тялото, цялата му енергия, свързана с движението, се поддържа постоянна. Това е еквивалентно на това, че кинетична енергия и енергияпотенциал на тялото никога не се променят.

Разбирането на закона за запазване на механичната енергия е от съществено значение за решаването на голям брой Физически ситуации, които се доближават до идеални ситуации, така че това е един от най-търсените въпроси в областта дава Механика в тестове на Enem.

Вижте също: Тяга - разберете тази друга физическа концепция, изучавана от Механика

Какво е механично запазване на енергията?

НА запазванедаваенергиямеханика заявява, че цялата енергия, свързана с движението на тялото, се поддържа постоянна, когато върху него не действат разсейващи сили, като сили на триене и съпротивление.

Когато казваме, че механичната енергия е

консервирани, това означава, че сумата от енергиякинетика с потенциална енергияе еднакъв по всяко време и във всяка позиция. С други думи, никоя част от механичната енергия на системата не се трансформира в други форми на енергия, като например Термална енергия.

Предвид горното, според закон за запазване на механичната енергия, в недисипативна система можем да кажем, че механичните енергии в две различни позиции са равни.

И_М - механична енергия

И_{° С} - кинетична енергия

И_P - потенциална енергия

За да разберем по-добре концепцията за запазване на механичната енергия, е необходимо да знаем каква е тя енергиякинетика и енергияпотенциал, затова ще обясним накратко всяка от тези концепции в следващите теми.

Според енергоспестяването, механичната енергия на автомобила на фигурата е постоянна във всички точки.

Кинетична енергия

НА енергиякинетика е енергията, съдържаща се във всяко тяло, което има a количество движение не е нула, т.е. докато тялото има тестени изделия и скорост, той ще бъде надарен с определено количество кинетична енергия.

НА енергиякинетика е скаларно величие чиято единица, според ссистема АзМеждународни звена, и джаул (J). Формулата за кинетична енергия гласи, че тази енергия е равна на произведението на тестени изделия (m) и квадратдаваскорост (v²), разделено на 2.

м - тестени изделия

v - скорост

И_{° С} - кинетична енергия

За да научите повече за тази форма на енергия, посетете нашата конкретна статия: Кинетична енергия.

Потенциална енергия

НА енергияпотенциал това е форма на енергия, която може да се съхранява и която зависи пряко от позиция където тялото е спрямо някакво поле на сила, Както и гравитационно поле, електрическо поле и магнитно поле.

НА енергияпотенциал може да се натрупва в тялото само когато е подложено на действието на a силаконсервативен, тоест сила, която винаги прилага едно и също количество енергия към тялото, независимо от поетия път.

Пример за консервативна сила е сила Тегло: ако тялото е повдигнато срещу действието на силата на тежестта от земята до определена височина, независимо от траектория, измината от това тяло, потенциалната печалба на енергия ще зависи изключително от разликата между двете височини.

Що се отнася до упражненията за запазване на механичната енергия, има още два често срещани вида потенциална енергия: а гравитационна потенциална енергия и еластична потенциална енергия. Гравитационната потенциална енергия е формата на енергия спрямо височината на тялото спрямо земята. Зависи от телесната маса, от гравитационно ускорение на място и на височина

ж - гравитация (m / s²)

З. - височина (m)

НАеластична потенциална енергияе тази, свързана с деформация на някакъв предмет, като ластик. За да се изчисли, се взема предвид колко е бил обектът деформиран (x), както и постояннаеластична от този обект (k), измерено в нютоннаметро. Ако даден обект има еластична константа от 800 N / m, това показва, че за да се деформира от един метър, този обект се въздейства със сила от 800 N. Формулата, използвана за изчисляване на еластичната потенциална енергия, е както следва:

За да научите повече за тази форма на енергия, посетете нашата конкретна статия: Енергия потенциал.

механична енергия

НА механична енергия и сума от кинетична и потенциална енергия. С други думи, цялата енергия е свързана с движението на тялото. Формулата за механична енергия е следната:

Формула за механично запазване на енергията

Формулата за запазване на механичната енергия е такава, че сумата от кинетична енергия и потенциална енергия е равна за всички точки в механична система, в които не действат дисипативни сили.

И_Ci и е_{Cf -}крайна и начална кинетична енергия

И_Ci и е_{Федерална полиция -}крайна и начална кинетична енергия

Въпреки че горната формула е обща и може да се приложи във всеки случай, когато механична енергия ако се запази, е необходимо да се подчертае, че всеки случай може да представи различна форма на енергия потенциал. По този начин решаването на упражнения е най-добрият начин да се разберат различните случаи.

Прочетете също:Свободно падане - по-добре разберете това движение, където няма сила на триене

Решени упражнения за запазване на механичната енергия

Въпрос 1 - Тяло с маса m = 2,0 kg опира до пружина с еластична константа, равна на 5000 N / m, компресирана с 2 cm (0,02 m). Пренебрегвайки дисипативните сили и въз основа на фигурата, определете височината, достигната от тялото след освобождаване на пружината, и маркирайте правилната алтернатива.

(Данни: g = 10 m / s²)

а) 4 см

б) 10 см

в) 5 см

г) 20 см

д) 2 см

Шаблон: буква В.

Резолюция:

За да се реши упражнението, е необходимо да се приложи законът за запазване на механичната енергия. В този смисъл виждаме, че първоначалната механична енергия е чисто еластичен потенциал, а крайната механична енергия е чисто гравитационен потенциал. По този начин трябва да направим следното изчисление:

Въз основа на разработеното изчисление установяваме, че тялото се издига на максимална височина от 5 см, така че правилната алтернатива е буквата С.

Въпрос 2 - От останалата част на рампа се освобождава тяло на височина 4 m. Определете скоростта, с която ще бъде тялото, когато е на 2 м над земята и посочете правилната алтернатива.

а) 2√10 m / s

б) 20 m / s

в) 4√10 m / s

г) 2√5 m / s

д) 3√2 m / s

Шаблон: буква а.

Резолюция:

Трябва да приложим закона за запазване на механичната енергия в най-високите точки и в точката на височина, равна на 2 m. За да направим това правилно, трябва да помним, че в най-високата точка тялото е в покой, така че цялата му механична енергия се изразява под формата на гравитационна потенциална енергия. В точката, където височината е равна на 2 м, има толкова много енергияпотенциалгравитационноколкоенергиякинетика. Обърнете внимание на изчислението на следната фигура:

В края на горното изчисление, когато изчислихме квадратния корен от 40, разделихме числото, така че резултатът даде 2√10, така че правилната алтернатива е буквата А.

От Рафаел Хеллерброк
Учител по физика

Източник: Бразилско училище - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/principio-conservacao-energia-mecanica.htm