Undersøg om kinetisk og potentiel energi med denne liste over løste øvelser, som Toda Matter har forberedt til dig. Ryd din tvivl med trinvise beslutninger og forbered dig med ENEM- og optagelsesprøvespørgsmål.
Spørgsmål 1
På et marked læsser to arbejdere en lastbil, der skal levere grøntsager. Operationen foregår på følgende måde: arbejder 1 fjerner grøntsagerne fra en bås og opbevarer dem i en trækasse. Bagefter kaster han kassen, og får den til at glide på jorden, mod arbejder 2, der er ved siden af lastbilen, der har ansvaret for at opbevare den på kroppen.
Arbejder 1 kaster kassen med en starthastighed på 2 m/s, og friktionskraften udfører et moduljob svarende til -12 J. Trækassen plus grøntsagssættet har en masse på 8 kg.
Under disse forhold er det korrekt at angive, at den hastighed, hvormed kassen når arbejder 2, er
a) 0,5 m/s.
b) 1 m/s.
c) 1,5 m/s.
d) 2 m/s.
e) 2,5 m/s.
Rigtigt svar: b) 1 m/s
Virkningen af de kræfter, der virker på et legeme, er lig med ændringen i kroppens energi. I dette tilfælde kinetisk energi.
Ændringen i kinetisk energi er den endelige kinetiske energi minus den indledende kinetiske energi.
Fra udtalelsen har vi, at værket er - 16 J.
Den hastighed, hvormed kassen når arbejder 2, er den endelige hastighed.
Løsning til Vf
Derfor er hastigheden, hvormed kassen når arbejder 2, 1 m/s.
spørgsmål 2
I et sækkelager for korn opbevarer en stor hylde med fire hylder 1,5 m høje de varer, der skal sendes. Stadig på jorden er seks sække med korn på hver 20 kg placeret på en træpalle, som samles af en gaffeltruck. Hver palle har 5 kg masse.
I betragtning af tyngdeaccelerationen lig med 10 m/s², set poser plus palle som en krop og ser bort fra dens dimensioner, energien gravitationspotentiale erhvervet af pallesættet plus poser med korn, når de forlader jorden og opbevares på hyldens fjerde sal, står for
a) 5400 J.
b) 4300 J.
c) 5 625 J.
d) 7200 J.
e) 7.500 J.
Rigtigt svar: c) 5 625 J
Den gravitationelle potentielle energi af et legeme er produktet af kroppens masse, størrelsen af accelerationen på grund af tyngdekraften og dens højde i forhold til jorden.
Beregning af masse
Da hver pose korn har 20 kg masse og pallen er 5 kg, har sættet:
20,6 + 5 = 120 + 5 = 125 kg
Højden
Reolen har 4 etager på 1,5 m og sættet opbevares på den fjerde. Dens højde vil være 4,5 m fra jorden, som vist på tegningen. Bemærk at sættet ikke er på fjerde sal, men på fjerde sal.
Dermed:
Den energi, der optages af sættet, vil være 5 625 J.
spørgsmål 3
En fjeder, der har en længde på 8 cm i hvile, får en trykbelastning. Et 80 g masselegeme placeres over fjederen og dets længde reduceres til 5 cm. I betragtning af tyngdeaccelerationen som 10 m/s² bestemmes:
a) Kraften, der virker på fjederen.
b) Fjederens elastiske konstant.
c) Den potentielle energi, der er lagret af fjederen.
a) Kraften, der virker på fjederen, svarer til vægtkraften, som 80 g-massen udøver.
Kraftvægten opnås ved produktet af masse og accelerationen på grund af tyngdekraften. Det er nødvendigt, at massen er skrevet i kilogram.
80 g = 0,080 kg.
Kraften, der virker på fjederen, er 0,80 N.
b) I lodret retning virker kun vægtkraften og den elastiske kraft i modsatte retninger. Når den er statisk, udligner den elastiske kraft med vægtkraften, der har samme modul.
Deformationen x var 8 cm - 5 cm = 3 cm.
Forholdet der giver trækstyrken er
hvor k er fjederens elastiske konstant.
c) Den potentielle energi, der er lagret i en fjeder, er givet ved ligningen for den elastiske krafts arbejde.
Ved at erstatte værdierne i formlen og beregne, har vi:
i videnskabelig notation
spørgsmål 4
Et legeme med en masse på 3 kg falder frit fra en højde på 60 m. Bestem den mekaniske, kinetiske og potentielle energi på tidspunkterne t = 0 og t = 1s. Overvej g = 10 m/s².
Mekanisk energi er summen af kinetisk og potentiel energi på hvert øjeblik.
Lad os beregne energierne for t = 0s.
Kinetisk energi ved t = 0s.
Ved t=0s er kroppens hastighed også nul, da kroppen er forladt og efterlader hvile, så den kinetiske energi er lig med 0 Joule.
Potentiel energi ved t = 0s.
Mekanisk energi ved t = 0s.
Lad os beregne energierne for t = 1s.
Kinetisk energi ved t = 1s.
Først er det nødvendigt at kende hastigheden ved t=1s.
Til dette skal vi bruge timehastighedsfunktionen til en MUV (ensartet varieret bevægelse).
Hvor,
er starthastigheden,
Det er accelerationen, som i dette tilfælde vil være tyngdeaccelerationen, g,
t er tiden i sekunder.
Den indledende bevægelseshastighed er 0, som vi allerede har set. Ligningen ser sådan ud:
Ved at bruge g = 10 og t = 1,
Hvilket betyder, at i 1s fald er hastigheden 10 m/s og nu kan vi beregne den kinetiske energi.
Potentiel energi for t=1s.
For at kende den potentielle energi ved t=1s, skal vi først vide, hvor høj den er på dette tidspunkt. Med andre ord, hvor langt det har flyttet sig. Til det vil vi bruge timefunktionen af positionerne for t=1s.
Hvor, er startpositionen for træk, som vi vil betragte som 0.
Derfor vil kroppen ved t=1s have tilbagelagt 5 m, og dens højde i forhold til jorden vil være:
60 m - 5 m = 55 m
Nu kan vi beregne den potentielle energi for t=1s.
Beregning af mekanisk energi for t=1s.
Se at den mekaniske energi er den samme, jeg prøver for t = 0s som for t = 1s. Efterhånden som den potentielle energi faldt, steg kinetikken, hvilket kompenserede for tabet, da det er et konservativt system.
spørgsmål 5
Et barn leger på en gynge i en park med sin far. På et vist tidspunkt trækker faderen gyngen og hæver den til en højde på 1,5 m i forhold til, hvor den er i ro. Gyngesættet plus barn har en masse svarende til 35 kg. Bestem gyngens vandrette hastighed, når den passerer gennem den laveste del af banen.
Overvej et konservativt system, hvor der ikke er noget energitab, og accelerationen på grund af tyngdekraften er lig med 10 m/s².
Al potentiel energi omdannes til kinetisk energi. I det første øjeblik er den potentielle energi
I andet øjeblik vil den kinetiske energi være lig med 525 J, fordi al potentiel energi bliver kinetisk.
Derfor er kroppens vandrette hastighed , eller cirka 5,47 m/s.
spørgsmål 6
(Enem 2019) På en videnskabsmesse vil en studerende bruge Maxwell-skiven (yo-yo) til at demonstrere princippet om energibesparelse. Præsentationen vil bestå af to trin:
Trin 1 - forklaringen på, at en del af dens gravitationelle potentielle energi omdannes til kinetisk translationsenergi og rotationskinetisk energi, når skiven falder;
Trin 2 - beregningen af skivens kinetiske rotationsenergi på det laveste punkt af dens bane under antagelse af det konservative system.
Når han forbereder det andet trin, betragter han accelerationen på grund af tyngdekraften lig med 10 m/s² og den lineære hastighed af skivens massecenter ubetydelig sammenlignet med vinkelhastigheden. Den måler derefter højden af toppen af skiven i forhold til jorden på det laveste punkt af dens bane, idet den tager 1/3 af højden af legetøjets skaft.
Legetøjets størrelsesspecifikationer, det vil sige længde (L), bredde (L) og højde (H), samt som fra massen af dens metalskive, blev fundet af eleven i udklipningen af den illustrerede manual til følge efter.
Indhold: metalbund, metalstænger, topstang, metalskive.
Størrelse (L × B × H): 300 mm × 100 mm × 410 mm
Metalskivemasse: 30 g
Resultatet af beregningen af trin 2, i joule, er:
Korrekt svar: b)
Vi ønsker at bestemme den kinetiske energi af rotation på tidspunkt 2, hvor skiven er i sin laveste position.
Da translationsenergien er blevet forsømt, og der ikke er nogen energitab, omdannes al gravitationel potentiel energi til kinetisk rotationsenergi.
Kinetisk rotationsenergi på banens laveste punkt = Potentiel gravitationsenergi på banens højeste punkt.
Sættets samlede højde er 410 mm eller 0,41 m. Højden af banen er det er det samme som:
Massen er 30 g, i kilogram, 0,03 kg.
Beregning af potentiel energi.
I videnskabelig notation har vi
spørgsmål 7
(CBM-SC 2018) Kinetisk energi er energi, der skyldes bevægelse. Alt, der bevæger sig, har kinetisk energi. Derfor har bevægelige kroppe energi og kan derfor forårsage deformationer. Et legemes kinetiske energi afhænger af dets masse og hastighed. Derfor kan vi sige, at kinetisk energi er en funktion af et legemes masse og hastighed, hvor kinetisk energi er lig med halvdelen af dets masse gange dets hastighed i anden. Hvis vi laver nogle beregninger, vil vi opdage, at hastighed bestemmer en meget større stigning i kinetisk energi end masse, så vi kan konkludere at der vil være meget større skader på passagerer i et køretøj involveret i en højhastighedsulykke end på dem i en lavhastighedsulykke hastighed.
Det er kendt, at to biler, der begge vejer 1500 kg, støder sammen i samme barriere. Bil A har en hastighed på 20 m/s og køretøj B en hastighed på 35 m/s. Hvilket køretøj vil være mere modtageligt for en mere voldsom kollision og hvorfor?
a) Køretøj A, da det har en højere hastighed end køretøj B.
b) Køretøj B, da det har en konstant højere hastighed end køretøj A.
c) Køretøj A, da det har samme masse som køretøj B, men det har en konstant højere hastighed end køretøj B.
d) Begge køretøjer vil blive ramt med samme intensitet.
Korrekt svar: b) Køretøj B, da det har en konstant højere hastighed end køretøj A.
Som udsagnet siger, stiger kinetisk energi med kvadratet af hastighed, så en højere hastighed producerer større kinetisk energi.
Til sammenligning, selvom det ikke er nødvendigt at besvare problemet, så lad os beregne energien af to biler og sammenligne dem.
bil A
bil B
Således ser vi, at stigningen i hastigheden af bil B fører til en kinetisk energi mere end tre gange større end bil A.
spørgsmål 8
(Enem 2005) Bemærk situationen beskrevet i remsen nedenfor.
Så snart drengen skyder pilen, sker der en transformation fra en type energi til en anden. Transformationen, i dette tilfælde, er af energi
a) elastisk potentiale i gravitationsenergi.
b) gravitation til potentiel energi.
c) elastisk potentiale i kinetisk energi.
d) kinetik i elastisk potentiel energi.
e) gravitation til kinetisk energi
Korrekt svar: c) elastisk potentiale i kinetisk energi.
1 - Bueskytten lagrer energi i den elastiske potentielle form ved at deformere buen, der vil fungere som en fjeder.
2 - Når pilen slippes, omdannes den potentielle energi til kinetisk energi, når den går i bevægelse.
spørgsmål 9
(Enem 2012) En bil, i ensartet bevægelse, går langs en flad vej, når den begynder at falde en skråning, hvor føreren får bilen til altid at følge med i stigningshastigheden konstant.
Hvad sker der under nedstigningen med bilens potentielle, kinetiske og mekaniske energier?
a) Den mekaniske energi forbliver konstant, da skalarhastigheden ikke varierer, og den kinetiske energi derfor er konstant.
b) Den kinetiske energi stiger, efterhånden som gravitationspotentialenergien falder, og når den ene falder, øges den anden.
c) Den gravitationelle potentielle energi forbliver konstant, da der kun er konservative kræfter, der virker på bilen.
d) Mekanisk energi falder, da kinetisk energi forbliver konstant, men gravitationel potentiel energi falder.
e) Den kinetiske energi forbliver konstant, da der ikke udføres noget arbejde på bilen.
Korrekt svar: d) Mekanisk energi falder, da kinetisk energi forbliver konstant, men gravitationel potentiel energi falder.
Kinetisk energi afhænger af masse og hastighed, da de ikke ændres, forbliver kinetisk energi konstant.
Den potentielle energi falder, da den afhænger af højden.
Mekanisk energi falder, da dette er summen af potentiel energi plus kinetisk energi.
spørgsmål 10
(FUVEST 2016) Helena, hvis vægt er 50 kg, dyrker ekstremsport bungee jumping. I en træning løsner den sig fra kanten af en viadukt, med nul begyndelseshastighed, fastgjort til et elastikbånd af naturlig længde og elastisk konstant k = 250 N/m. Når skåret strækkes 10 m ud over dets naturlige længde, er Helenas hastighedsmodul
Bemærk og overtag: tyngdeacceleration: 10 m/s². Båndet er perfekt elastisk; dens masse og dissipative virkninger bør ignoreres.
a) 0 m/s
b) 5 m/s
c) 10 m/s
d) 15 m/s
e) 20 m/s
Korrekt svar: a) 0 m/s.
Ved energibesparelse er den mekaniske energi i starten af springet lig ved slutningen af hoppet.
i begyndelsen af bevægelsen
Den kinetiske energi er 0, da starthastigheden er 0.
Den elastiske potentielle energi er 0, fordi det elastiske bånd ikke er spændt.
i slutningen af bevægelsen
Den gravitationelle potentielle energi er 0, i forhold til længden beregnet i begyndelsen.
Energibalancen ser nu sådan ud:
Da vi ønsker hastighed, lad os isolere kinetisk energi fra den ene side af lighed.
laver beregningerne
gravitationel potentiel energi
h = 15 m naturlig længde af strimlen + 10 m strækning = 25 m.
elastisk potentiel energi
Ved at erstatte værdierne i energibalancen har vi:
Da den kinetiske energi kun afhænger af massen, som ikke har ændret sig, og af hastigheden, har vi hastighed lig med 0.
Identifikation med beregning.
Ved at sidestille den kinetiske energi med 0 har vi:
Derfor, når strimlen strækkes 10 m ud over sin naturlige længde, er Helenas hastighedsmodul 0 m/s.
spørgsmål 11
(USP 2018) To legemer med samme masse frigives på samme tid fra hvile, fra højden h1 og bevæger sig langs de forskellige stier (A) og (B), vist på figuren, hvor x1 > x2 og h1 > h2 .
Overvej følgende udsagn:
JEG. De endelige kinetiske energier af kroppe i (A) og (B) er forskellige.
II. Kroppens mekaniske energier, lige før de begynder at klatre op ad rampen, er lige store.
III. Tiden til at gennemføre kurset er uafhængig af forløbet.
IV. Kroppen i (B) når først enden af banen.
V. Det arbejde, som vægtkraften udfører, er det samme i begge tilfælde.
Det er kun korrekt, hvad der står i
Bemærk og adopter: Se bort fra dissipative kræfter.
a) I og III.
b) II og V.
c) IV og V.
d) II og III.
e) I og V.
Rigtigt svar: b) II og V.
I - FORKERT: Da de indledende energier er lige store, og dissipative kræfter ikke tages i betragtning, og legemerne A og B går ned h1 og går op i h2, ændres kun den potentielle energi lige meget for begge.
II - CERTA: Da dissipative kræfter negligeres, såsom friktion, når man rejser på stierne indtil begyndelsen af stigningen, er de mekaniske energier ens.
III - FORKERT: Som x1 > x2 rejser krop A banen i "dalen", den nederste del, med større hastighed i længere tid. Da B begynder at klatre først, mister den allerede kinetisk energi, hvilket reducerer sin hastighed. Stadig, efter stigningen, har begge samme hastighed, men krop B skal tilbagelægge en større afstand, hvilket tager længere tid at gennemføre banen.
IV - FORKERT: Som vi så i III, ankommer krop B efter A, da det tager længere tid at gennemføre ruten.
V - HØJRE: Da vægtkraften kun afhænger af massen, tyngdeaccelerationen og højdeforskellen under rejsen, og de er ens for begge, er arbejdet udført af vægtkraften det samme for begge.
du bliver ved med at øve dig med kinetiske energiøvelser.
du kan være interesseret i
- Potentiel energi
- Gravitationspotentialenergi
- Elastisk potentiel energi