אנרגיה קינטית: מהי, נוסחאות, תרגילים

אֵנֶרְגִיָהקינטיקה זוהי צורת האנרגיה שיש לכל גוף בשל תנועתו, במילים אחרות, היא צורת האנרגיה אנרגיה הקשורה למְהִירוּת של גוף. כאשר אנו מפעילים כוח נטו שאינו אפס על גוף כלשהו, ​​אנו מבצעים עליו עבודה, ולכן הוא רוכש אנרגיה קינטית ככל שעולה מהירותו.

אנרגיה קינטית אינה תלויה אך ורק במהירות הגוף אלא גם במה שלה פסטה. כל סוג של גוף נע ניחן באנרגיה מסוג זה: תִרגוּם,רוֹטַציָה,רֶטֶט ואחרים. ניתן לחשב אנרגיה קינטית לפי הנוסחה הבאה:

AND_Ç - אנרגיה קינטית (J)

M - מסת גוף (ק"ג)

v - מהירות (m / s)

ראה גם: חוקי ניוטון ויישומיהם

מהי אנרגיה קינטית

ה אֵנֶרְגִיָהקינטיקה היא שיטה של אֵנֶרְגִיָה נוכח בכל גופים נעים. לפי סִי, יחידת המידה שלך היא ג'אוּל. יתר על כן, אנרגיה זו היא גְדוּלָהלְטַפֵּס שמציג ערכים חיוביים באופן בלעדי.

ה אנרגיה קינטית פרופורציונאלית לריבוע מהירות הגוף. לכן, אם מהירות הגוף תכפיל את עצמה, האנרגיה הקינטית שלו תגדל פי ארבע, אם מהירות הגוף תשלש אותה, עליה זו תהיה תשע פעמים.

אל תפסיק עכשיו... יש עוד אחרי הפרסום;)

משפט עבודה ואנרגיה קינטית

משפט האנרגיה הקינטית קובע כי עבודה שנעשתה על גוף או על חלקיק שווה ערך לשינוי האנרגיה הקינטית שלו. ניתן לתאר משפט זה באמצעות המשוואה הבאה:

τ - עבודה (J)

Δ ו_Ç - וריאציה של אנרגיה קינטית (J)

AND_Ç^F והוא_Ç⁰ - אנרגיה קינטית סופית וראשונית (J)

M - מסה (ק"ג)

v_F ו v₀ - מהירות סופית והתחלתית (m / s)

הבן את המשפט הזה טוב יותר: העבודה היא ההעברהבאֵנֶרְגִיָה, לכן, כשאנחנו דוחפים עגלת קניות, למשל, אנו מעבירים אליה חלק מהאנרגיה שלנו. זה העביר אנרגיה הופך לתנועהברגע שהעגלה רוכשת מְהִירוּת.

בקיצור, זה אומר משפט העבודה והאנרגיה הקינטית:

העברת אנרגיה למערכת כלשהי, באמצעות הפעלת כוח, נקראת עבודה, אשר, בתורם, שווה ערך לשינוי האנרגיה הקינטית של אותה מערכת.

אובדן אנרגיה קינטית

ה אֵנֶרְגִיָהקינטיקה של גוף יכול להיות מְמוּעָט בשני מקרים: כאשר הוא מאוחסן בצורה של אנרגיה פוטנציאלית, אלסטי או כוח משיכה, לדוגמה; או כשיש כוחותמתפוגג מסוגלים להפוך אותו לצורות אנרגיה אחרות, כמו גם כוח החיכוך, אשר הופכת אנרגיה קינטית לאנרגיה תרמית. לכן, אלא אם כן אין כוחות פיזור, האנרגיה הקינטית של הגוף יכולה תמיד לחזור למודול הראשוני שלו, מכיוון שבמקרה זה היא תומר אנרגיה פוטנציאלית ללא הפסדים כלשהם.

בתוך הדינמיקה, ישנה כמות חשובה הנקראת אנרגיה מכנית. זה מודד את כל האנרגיה הקשורה לתנועה שמבוצעת על ידי כל גוף ומחושבת על ידי סכום האנרגיה הקינטית עם האנרגיה הפוטנציאלית, לא משנה מה הסכום הזה.

לָנוּ מערכות שמרניות, כאשר אין כוחות כמו חיכוך, האנרגיות הקינטיות והפוטנציאליות ניתנות להחלפה. כשיש תוספות לאחת מהשניים, השנייה פוחתת בהתאם, כך שסכומן תמיד קבוע.

עם זאת, ב מערכות פיזור, בהם יש כוחות המופעלים על התנגדות האוויר, ניתן להפחית את האנרגיה הקינטית ואת האנרגיה הפוטנציאלית. ההבדל האנרגטי במקרה זה הוא האנרגיה הנספגת בצורה של חום, רעידות, גלי קול וכו '. דוגמה פשוטה לסוג כזה של סיטואציות היא מה שקורה כאשר אנו מפעילים את ה- בלמי רכב, במקרה זה, אנו מפעילים כוח מפיג על גלגליו, שהאנרגיה הקינטית שלהם מומרת לאנרגיה תרמית.

הבלם ממיר חלקית את האנרגיה הקינטית של הרכב לאנרגיה תרמית.

הפחתת נוסחת האנרגיה הקינטית

ניתן להסיק את הביטוי של אנרגיה קינטית דרך ה- משוואת טוריסלי, אחת ממשוואות הקינמטיקה שאינן משתמשות בזמן (t) כאחד המשתנים שלה. בתחילה, יש צורך לבודד את משתנה התאוצה, לבדוק:

ואז נשתמש ב- החוק השני של ניוטון, המכונה עקרון היסוד של הדינמיקה. חוק זה קובע כי הכוח הנקי על גוף שווה לתוצר המסה והתאוצה שלו:

לבסוף נשתמש בהגדרת העבודה הקובעת כי ניתן לחשב זאת באמצעות תוצר של כוח ומרחק:

ראה גם: אנרגיה פוטנציאלית: דע את הצורות השונות ולמה הם מיועדים

אנרגיה קינטית של אטומים וחלקיקים אחרים

ה אֵנֶרְגִיָהקינטיקה זהו מדד בעל חשיבות רבה לחקר מערכות פיזיקליות שונות. רגילים למדוד אנרגיה זה אָנָלִיזָה אסטרונומי ובשביל חקר התנועה של חלקיקים אנרגטי ביותר, כמו החלקיקים המייצרים קרניים קוסמיות או כאלה המשמשים במאיצי חלקיקים.

במקרים האחרונים, כאשר אנו מחשבים את האנרגיה הקינטית של גופים שיש להם המונים קטנים מאוד, זה נפוץ עבורנו להשתמש יחידת מידה אחרת לאנרגיה קינטית, ה וולט אלקטרונים: וולט אלקטרוני אחד שווה 1,6.10^-19 י על אודות.

אנרגיה קינטית יחסית

הנוסחה המשמשת קלאסית לחישוב מתנות של אנרגיה קינטית מגבלות: כשגופים מתחילים לנוע פנימה מהירויות קרוב ל מהירות האור (3,0.10⁸ גברת). במקרה זה, יש צורך להחיל תיקונים מה- תורת היחסות וקשורים לאינרציה של הגוף (מסה).

כאשר גוף כלשהו מתקרב למהירות האור, האינרציה שלו נוטה לעלות יחד עם מהירותו, ובכך, כל גוף שיש לו מסה כלשהי לעולם לא יגיע למהירות האור. התמונה הבאה מציגה את הנוסחה של אנרגיה קינטית יחסית, בדוק אותה:

ç - מהירות האור (c = 3.0.10⁸ גברת)

במאיצי חלקיקים, פרוטונים מגיעים ליותר מ 99% ממהירות האור.

תרגילים נפתרים בנושא אנרגיה קינטית

שאלה 1) בדוק את האלטרנטיבה המייצגת נכון את האנרגיה הקינטית של רכב של 1000 ק"ג הנע במהירות קבועה של 3 מ / ש.

א) 450 י

ב) 9000 י

ג) 4500 י

ד) 900 י

ה) 300 י

מָשׁוֹב: אות ג '

פתרון הבעיה:

כדי לפתור את הבעיה, פשוט השתמש בנוסחת האנרגיה הקינטית והחלף את הנתונים המפורטים בהצהרת התרגיל, בדוק:

שאלה 2) ידוע כי האנרגיה הקינטית של גוף היא 2000 J והמסה שלו היא 10 ק"ג. קבע כמה מהר הגוף הזה נע וסמן את החלופה הנכונה.

א) 20 מ 'לשנייה

ב) 40 מ 'לשנייה

ג) 200 מ 'לשנייה

ד) 3 מ 'לשנייה

ה) 10 מ 'לשנייה

תבנית: מכתב

פתרון הבעיה:

כדי לפתור את התרגיל, פשוט יש ליישם את הנתונים המתוארים בנוסחת האנרגיה הקינטית:

שאלה 3) לרהיט יש אנרגיה קינטית AND ומהירות v. בזמן נתון, המהירות של הנייד הזה הופכת להיות 3v ומסתו נשארת קבועה. האלטרנטיבה המציגה את האנרגיה הקינטית החדשה של רהיט זה היא:

א) 3 AND

ב) 9 AND

ג) 4.5 AND

ד) 10 AND

ה) E / 3

מָשׁוֹב: אות ב '

פתרון הבעיה:

כידוע, אנרגיה קינטית תלויה בריבוע המהירות, לכן כאשר המהירות משולשת, אנרגיה זו חייבת לעלות פי תשע.

על ידי רפאל הלרברוק