მექანიკური ენერგიის შენარჩუნება: რა არის ეს, სავარჯიშოები

კონსერვაციააძლევსენერგიამექანიკა მექანიკის ერთ-ერთი კანონია, რომელიც მომდინარეობს პრინციპიწელსკონსერვაციააძლევსენერგია მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონის თანახმად, როდესაც არცერთი გამფანტველი ძალა მოქმედებს სხეულზე, მოძრაობასთან დაკავშირებული მთელი მისი ენერგია მუდმივად ინახება. ეს ექვივალენტურია იმის თქმისა, რომ კინეტიკური ენერგია და ენერგიაპოტენციური სხეული არასოდეს იცვლება.

მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონის გააზრება აუცილებელია დიდი ნაწილის გადასაჭრელად ფიზიკის სიტუაციები, რომლებიც იდეალურ სიტუაციებს უახლოვდება, ამიტომ ეს ერთ-ერთი ყველაზე მოთხოვნადი საკითხია ამ სფეროში აძლევს მექანიკა Enem ტესტებში.

იხილეთ აგრეთვე: წევა - გაიგეთ ეს სხვა ფიზიკური კონცეფცია, რომელსაც მექანიკა შეისწავლის

რა არის ენერგიის მექანიკური დაზოგვა?

კონსერვაციააძლევსენერგიამექანიკა ნათქვამია, რომ სხეულის გადაადგილებასთან დაკავშირებული მთელი ენერგია მუდმივად ინახება, როდესაც მასზე არ მოქმედებს გამანაწილებელი ძალები, როგორიცაა ხახუნის და ჩათრევის ძალები.

როდესაც ვამბობთ, რომ მექანიკური ენერგია არის კონსერვირებული

, ეს ნიშნავს, რომ ჯამი ენერგიაკინეტიკა ერთად პოტენციური ენერგიანებისმიერ დროსა და ნებისმიერ პოზიციაზე იგივეა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, სისტემის მექანიკური ენერგიის არცერთი ნაწილი არ გარდაიქმნება ენერგიის სხვა ფორმებად, მაგალითად Თერმული ენერგია.

ზემოთქმულიდან გამომდინარე, შესაბამისად მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი, არადიციდენტულ სისტემაში შეგვიძლია ვთქვათ, რომ მექანიკური ენერგიები ორ განსხვავებულ პოზიციაში თანაბარია.

და_მ - მექანიკური ენერგია

და_ჩ - კინეტიკური ენერგია

და_პ - პოტენციური ენერგია

იმისათვის, რომ უკეთ გავიგოთ მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კონცეფცია, საჭიროა ვიცოდეთ რა არის ეს ენერგიაკინეტიკა და ენერგიაპოტენციალი, ასე რომ მოკლედ განვმარტავთ თითოეულ ამ ცნებას შემდეგ თემებში.

ენერგიის დაზოგვის მიხედვით, მანქანის მექანიკური ენერგია ნახაზზე მუდმივია ყველა წერტილში.

Კინეტიკური ენერგია

ენერგიაკინეტიკა არის ენერგია, რომელსაც შეიცავს ნებისმიერი სხეული, რომელსაც აქვს a მოძრაობის რაოდენობა არ არის ნულოვანი, ანუ სანამ სხეულს აქვს მაკარონი და სიჩქარე, იგი დაჯილდოვდება გარკვეული რაოდენობის კინეტიკური ენერგიით.

ენერგიაკინეტიკა არის სკალარული სიდიადე რომლის ერთეული, შესაბამისად სსისტემა მესაერთაშორისო ერთეულები, და ჯოული (J) კინეტიკური ენერგიის ფორმულა აცხადებს, რომ ეს ენერგია ტოლია პროდუქტის მაკარონი (მ) და მოედანიაძლევსსიჩქარე (v²) გაყოფილი 2-ზე.

მ - მაკარონი

ვ - სიჩქარე

და_ჩ - კინეტიკური ენერგია

ენერგიის ამ ფორმის შესახებ მეტი ინფორმაციის მისაღებად ეწვიეთ ჩვენს კონკრეტულ სტატიას: Კინეტიკური ენერგია.

Პოტენციური ენერგია

ენერგიაპოტენციური ეს არის ენერგიის ფორმა, რომლის შენახვაც შეიძლება და პირდაპირ დამოკიდებულია იმაზე პოზიცია სადაც სხეული უკავშირდება ზოგიერთ სფეროს ძალა, როგორიცაა გრავიტაციული ველი, ელექტრული ველი და მაგნიტური ველი.

ენერგიაპოტენციური შეიძლება მხოლოდ სხეულში დაგროვდეს, როდესაც ის ექვემდებარება a- ს მოქმედებას ძალაკონსერვატიული, ანუ ძალა, რომელიც ყოველთვის ერთნაირ ენერგიას მიმართავს სხეულზე, განვლილი გზის მიუხედავად.

კონსერვატიული ძალის მაგალითია ძალა წონა: თუ სხეული აწეულია წონის ძალის მოქმედებისგან მიწიდან გარკვეულ სიმაღლეზე, განურჩევლად იმისა ამ სხეულის მიერ გატარებული ტრაექტორია, პოტენციური ენერგიის მომატება დამოკიდებული იქნება მხოლოდ ამ ორ სხვაობაზე სიმაღლეები.

რაც შეეხება მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების სავარჯიშოებს, არსებობს კიდევ ორი ​​გავრცელებული პოტენციური ენერგიის ტიპი: ა გრავიტაციული პოტენციური ენერგია და ელასტიური პოტენციური ენერგია. გრავიტაციული პოტენციური ენერგია არის ენერგიის ფორმა ნიადაგის მიმართ სხეულის სიმაღლის მიმართ. ეს დამოკიდებულია სხეულის მასაზე, სიმძიმის აჩქარება ადგილზე და სიმაღლეზე

გ - სიმძიმე (მ / წმ)

ჰ - სიმაღლე (მ)

ელასტიური პოტენციური ენერგიაის არის დაკავშირებული დეფორმაცია ზოგიერთი ობიექტი, როგორიცაა რეზინის ზოლი. მისი გამოსათვლელად, ითვალისწინებს რამდენი იყო ობიექტი დეფორმირებული (x), ისევე როგორც მუდმივიელასტიური ამ ობიექტის (k), იზომება ნიუტონითითომეტრო. თუ ობიექტს აქვს ელასტიური მუდმივა 800 N / მ, ეს მიუთითებს იმაზე, რომ დეფორმირებული იყოს ერთი მეტრით, ამ ობიექტზე მოქმედებს 800 ნ ძალა. ელასტიური პოტენციური ენერგიის გამოსათვლელად გამოყენებული ფორმულა ასეთია:

ენერგიის ამ ფორმის შესახებ მეტი ინფორმაციის მისაღებად ეწვიეთ ჩვენს კონკრეტულ სტატიას: ენერგია პოტენციური.

მექანიკური ენერგია

მექანიკური ენერგია და კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის ჯამი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს არის მთელი ენერგია, რომელიც დაკავშირებულია სხეულის მოძრაობასთან. მექანიკური ენერგიის ფორმულა შემდეგია:

მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების ფორმულა

მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების ფორმულა ისეთია, რომ კინეტიკური ენერგიისა და პოტენციური ენერგიის ჯამი ტოლია მექანიკური სისტემის ნებისმიერი წერტილისთვის, სადაც არ მოქმედებს გამანადგურებელი ძალები.

და_სი და არის_{შდრ -}საბოლოო და საწყისი კინეტიკური ენერგია

და_სი და არის_{ფედერალური პოლიცია -}საბოლოო და საწყისი კინეტიკური ენერგია

მიუხედავად იმისა, რომ ზემოხსენებული ფორმულა ზოგადია და მისი გამოყენება შესაძლებელია ნებისმიერ შემთხვევაში, როდესაც მექანიკური ენერგიაა კონსერვაციის შემთხვევაში აუცილებელია ხაზგასმით აღვნიშნოთ, რომ თითოეულ შემთხვევაში შეიძლება წარმოდგეს ენერგიის განსხვავებული ფორმა პოტენციური. ამრიგად, სავარჯიშოების ამოხსნა საუკეთესო გზაა სხვადასხვა შემთხვევების გასაგებად.

წაიკითხეთ ასევე:თავისუფალი ვარდნა - უკეთ გაიგეთ ეს მოძრაობა, სადაც არ არის ხახუნის ძალა

გადაჭრილი ვარჯიშები მექანიკური ენერგიის შენარჩუნებაზე

Კითხვა 1 - სხეული მასით m = 2.0 კგ ეყრდნობა ზამბარას, რომელსაც აქვს ელასტიური მუდმივა 5000 N / მ, შეკუმშული 2 სმ-ით (0,02 მ). გამანადგურებელი ძალების უგულებელყოფა და ფიგურის საფუძველზე განისაზღვრება სხეულის მიერ მიღწეული სიმაღლე გაზაფხულის გამოყოფის შემდეგ და აღინიშნეთ სწორი ალტერნატივა.

(მონაცემები: g = 10 მ / წმ)

ა) 4 სმ

ბ) 10 სმ

გ) 5 სმ

დ) 20 სმ

ე) 2 სმ

შაბლონი: ასო C

რეზოლუცია:

სავარჯიშოების გადასაჭრელად აუცილებელია მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონის გამოყენება. ამ გაგებით, ჩვენ ვხედავთ, რომ საწყისი მექანიკური ენერგია არის მხოლოდ ელასტიური პოტენციალი, ხოლო საბოლოო მექანიკური ენერგია არის მხოლოდ გრავიტაციული პოტენციალი. ამ გზით, ჩვენ უნდა გავაკეთოთ შემდეგი გაანგარიშება:

შემუშავებული გაანგარიშების საფუძველზე ვხვდებით, რომ სხეული იზრდება მაქსიმუმ 5 სმ-მდე, ამიტომ სწორი ალტერნატივაა ასო C.

კითხვა 2 - დანარჩენი პანდუსისგან სხეული გათავისუფლებულია 4 მ სიმაღლეზე. განსაზღვრეთ რა სიჩქარე იქნება სხეული, როდესაც ის მიწის ზედაპირიდან 2 მ სიმაღლეზეა და მიუთითეთ სწორი ალტერნატივა.

ა) 2√10 მ / წმ

ბ) 20 მ / წმ

გ) 4√10 მ / წმ

დ) 2√5 მ / წმ

ე) 3√2 მ / წმ

შაბლონი: ასო ა.

რეზოლუცია:

ჩვენ უნდა გამოვიყენოთ მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი უმაღლეს წერტილებზე და 2 მ სიმაღლის წერტილზე. სწორად ამისათვის უნდა გვახსოვდეს, რომ უმაღლეს წერტილში სხეული ისვენებდა, ამიტომ მისი მთელი მექანიკური ენერგია გამოხატული იყო გრავიტაციული პოტენციური ენერგიის სახით. იმ წერტილში, სადაც სიმაღლე უდრის 2 მ-ს, იმდენია ენერგიაპოტენციურიგრავიტაციულირამდენიენერგიაკინეტიკა. გაითვალისწინეთ გაანგარიშება შემდეგ ფიგურაში:

ზემოხსენებული გაანგარიშების ბოლოს, როდესაც ჩვენ გამოვთვალეთ კვადრატული ფესვი 40, ჩვენ ფაქტორი გავუკეთეთ რიცხვს ისე, რომ შედეგმა მიიღო 2ed10, ამიტომ სწორი ალტერნატივაა ასო A

რაფაელ ჰელერბროკის მიერ
ფიზიკის მასწავლებელი

წყარო: ბრაზილიის სკოლა - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/principio-conservacao-energia-mecanica.htm