Mekaanisen energian säästäminen: mikä se on, harjoitukset

THE suojeluantaaenergiaamekaniikka on yksi mekaniikan laeista, jotka johtuvat periaatesisäänsuojeluantaaenergiaa. Mekaanisen energian säteilyn lain mukaan, kun mitään ei ole hajauttava voima vaikuttaa kehoon, kaikki sen liikkumiseen liittyvä energia pidetään vakiona. Tämä vastaa sanomista, että kineettinen energia ja energiaapotentiaalia kehon osa ei koskaan muutu.

Mekaanisen energian säästölain ymmärtäminen on välttämätöntä suuren määrän ratkaisemiseksi Fysiikkatilanteet, jotka lähestyvät ihanteellisia tilanteita, joten tämä on yksi alan kysytyimmistä aiheista antaa Mekaniikka Enem-testeissä.

Katso myös: Pito - ymmärrä tämä muu fysiikan käsite, jota mekaniikka tutki

Mikä on mekaaninen energiansäästö?

THE suojeluantaaenergiaamekaniikka toteaa, että kaikki kehon liikkumiseen liittyvä energia pidetään vakiona, kun mikään hajauttava voima, kuten kitka- ja vastavoima, ei vaikuta siihen.

Kun sanomme, että mekaaninen energia on säilynyt, tämä tarkoittaa, että summa energiaakinetiikka kanssa Mahdollinen energia

on sama kaikkina aikoina ja missä tahansa asennossa. Toisin sanoen mikään järjestelmän mekaanisen energian osa ei muutu muuksi energiamuodoksi, kuten Lämpöenergia.

Edellä esitetyn perusteella mekaanisen energian säästölainsäädäntö, ei-hajottavassa järjestelmässä, voimme sanoa, että mekaaniset energiat kahdessa erillisessä asennossa ovat yhtä suuret.

JA_M - mekaaninen energia

JA_Ç - kineettinen energia

JA_P - Mahdollinen energia

Jotta voimme paremmin ymmärtää mekaanisen energian säästämisen käsitteen, on tiedettävä, mikä se on energiaakinetiikka ja energiaapotentiaali, joten selitämme lyhyesti nämä käsitteet seuraavissa aiheissa.

Energiansäästön mukaan kuvan mekaaninen energia on vakio kaikissa pisteissä.

Kineettinen energia

THE energiaakinetiikka on energia, joka sisältyy mihin tahansa kehoon, jolla on a liikkeen määrä ei nolla, eli niin kauan kuin ruumis on pasta ja nopeus, se on varustettu tietyllä määrällä kineettistä energiaa.

THE energiaakinetiikka On skalaarinen suuruus jonka yksikkö sjärjestelmään MinäKansainväliset yksiköt, ja joule (J). Kineettisen energian kaavassa todetaan, että tämä energia on yhtä suuri kuin pasta (m) ja neliö-antaanopeus (v²) jaettuna 2: lla.

m - pasta

v - nopeus

JA_Ç - kineettinen energia

Lisätietoja tästä energiamuodosta on artikkelissamme: Kineettinen energia.

Älä lopeta nyt... Mainonnan jälkeen on enemmän;)

Mahdollinen energia

THE energiaapotentiaalia se on energiamuoto, joka voidaan varastoida ja joka riippuu suoraan energiasta asentoon missä keho on suhteessa johonkin kenttään vahvuus, kuten painovoimakenttä, sähkökenttä ja magneettikenttä.

THE energiaapotentiaalia voi kerääntyä kehoon vain, kun se on a: n toiminnan alainen vahvuuskonservatiivineneli voima, joka kohdistaa kehoon aina saman määrän energiaa kulkemasta polusta riippumatta.

Esimerkki konservatiivisesta voimasta on vahvuus Paino: jos runko nostetaan painovoiman vaikutusta vastaan ​​maasta tiettyyn korkeuteen, riippumatta tämän kehon kulkeman liikeradan potentiaalinen energian voitto riippuu yksinomaan näiden kahden välisestä erosta korkeudet.

Kun on kyse mekaanisen energian säästämistä koskevista harjoituksista, potentiaalienergiaa on kaksi yleisempää tyyppiä: a gravitaatiopotentiaalienergia ja joustava potentiaalienergia. Gravitaatiopotentiaalienergia on energian muoto suhteessa ruumiin korkeuteen maahan nähden. Se riippuu ruumiinpainosta, painovoiman kiihtyvyys paikallaan ja korkeudella

g - painovoima (m / s²)

H - korkeus (m)

THEjoustava potentiaalienergiaon se, joka liittyy muodonmuutos jostakin esineestä, kuten kuminauhasta. Sen laskemiseksi otetaan huomioon kuinka paljon esine oli epämuodostunut (x) sekä vakiojoustava tämän kappaleen (k) mitattuna Newtonpermetro. Jos kohteen elastinen vakio on 800 N / m, tämä osoittaa, että yhden metrin epämuodostuman vuoksi tähän esineeseen vaikuttaa 800 N: n voima. Joustopotentiaalienergian laskemiseen käytetty kaava on seuraava:

Lisätietoja tästä energiamuodosta on artikkelissamme: Energia potentiaalia.

mekaaninen energia

THE mekaaninen energia ja kineettisen ja potentiaalienergian summa. Toisin sanoen, kaikki energia liittyy kehon liikkumiseen. Mekaanisen energian kaava on seuraava:

Mekaaninen energiansäästökaava

Mekaanisen energian säästämisen kaava on sellainen, että kineettisen energian ja potentiaalienergian summa on yhtä suuri kaikille mekaanisen järjestelmän pisteille, joissa ei toimi hajauttavia voimia.

JA_Ci ja on_{Vertaa -}lopullinen ja alkukineettinen energia

JA_Ci ja on_{Liittovaltion poliisi -}lopullinen ja alkukineettinen energia

Vaikka yllä oleva kaava on yleinen ja sitä voidaan soveltaa joka tapauksessa, jos mekaanista energiaa jos se on säilynyt, on tarpeen korostaa, että jokainen tapaus voi tarjota erilaista energiamuotoa potentiaalia. Harjoitusten ratkaiseminen on siis paras tapa ymmärtää erilaisia ​​tapauksia.

Lue myös:Vapaa pudotus - ymmärrä paremmin tämä liike, jossa ei ole kitkavoimaa

Ratkaistu harjoituksia mekaanisen energian säästämiseksi

Kysymys 1 - Runko, jonka m = 2,0 kg, lepää jousta vastaan, jonka elastinen vakio on 5000 N / m, puristettuna 2 cm (0,02 m). Hylkäävät voimat jätetään huomiotta ja määritetään kuvan perusteella kehon saavuttama korkeus jousen vapauttamisen jälkeen ja merkitään oikea vaihtoehto.

(Tiedot: g = 10 m / s²)

a) 4 cm

b) 10 cm

c) 5 cm

d) 20 cm

e) 2 cm

Palaute: kirjain C.

Resoluutio:

Harjoituksen ratkaisemiseksi on sovellettava mekaanisen energian säteilylakia. Tässä mielessä näemme, että alkuperäinen mekaaninen energia on puhtaasti joustavaa potentiaalia ja lopullinen mekaaninen energia on puhtaasti painovoimaista potentiaalia. Tällä tavalla meidän on tehtävä seuraava laskelma:

Kehitetyn laskelman perusteella havaitsemme, että runko nousee enintään 5 cm: n korkeuteen, joten oikea vaihtoehto on C-kirjain.

Kysymys 2 - Runko vapautetaan muusta luiskasta 4 m: n korkeudella. Määritä kehon nopeus, kun se on 2 m maanpinnan yläpuolella, ja ilmoita oikea vaihtoehto.

a) 2√10 m / s

b) 20 m / s

c) 4√10 m / s

d) 2√5 m / s

e) 3√2 m / s

Palaute: kirjain a.

Resoluutio:

Meidän on sovellettava mekaanisen energian säilymislakia korkeimmissa kohdissa ja korkeudessa, joka on yhtä suuri kuin 2 m. Tehdäkseen tämän oikein, meidän on muistettava, että korkeimmassa kohdassa keho oli levossa, joten kaikki sen mekaaninen energia ilmaistiin painovoiman potentiaalienergiana. Pisteessä, jossa korkeus on yhtä suuri kuin 2 m, on niin paljon energiaapotentiaaliapainovoimainenkuinka paljonenergiaakinetiikka. Huomaa laskelma seuraavasta kuvasta:

Edellä olevan laskelman lopussa, kun laskimme neliöjuuren 40, otimme luvun huomioon niin, että tulos tuotti 2√10, joten oikea vaihtoehto on A-kirjain.

Kirjailija: Rafael Hellerbrock
Fysiikan opettaja