การอนุรักษ์พลังงานกล: มันคืออะไรการออกกำลังกาย

THE การอนุรักษ์ให้พลังงานกลศาสตร์ เป็นหนึ่งในกฎของกลศาสตร์ที่เกิดจาก หลักการในการอนุรักษ์ให้พลังงาน. ตามกฎการอนุรักษ์พลังงานกลเมื่อไม่มี แรงกระจาย กระทำต่อร่างกาย พลังงานทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวจะคงที่ นี่เทียบเท่ากับการบอกว่า saying พลังงานจลน์ และ พลังงานศักยภาพ ของร่างกายไม่เคยเปลี่ยน

การทำความเข้าใจกฎการอนุรักษ์พลังงานกลเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการแก้ปัญหาจำนวนมาก number สถานการณ์ฟิสิกส์ที่เข้าใกล้สถานการณ์ในอุดมคติ ดังนั้น นี่จึงเป็นหนึ่งในประเด็นที่ต้องการมากที่สุดในภาคสนาม ให้ กลศาสตร์ในการทดสอบศัตรู.

ดูด้วย: แรงฉุด - ทำความเข้าใจแนวคิดทางกายภาพอื่น ๆ ที่ศึกษาโดยช่างกล

การอนุรักษ์พลังงานกลคืออะไร?

THE การอนุรักษ์ให้พลังงานกลศาสตร์ ระบุว่าพลังงานทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของร่างกายจะคงที่เมื่อไม่มีแรงกระจายเช่นแรงเสียดทานและแรงลากกระทำกับมัน

เมื่อเรากล่าวว่าพลังงานกลคือ อนุรักษ์ซึ่งหมายความว่าผลรวมของ พลังงานจลนศาสตร์ กับ พลังงานศักย์เหมือนเดิมทุกเวลาและทุกตำแหน่ง. กล่าวอีกนัยหนึ่งไม่มีส่วนใดของพลังงานกลของระบบถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานรูปแบบอื่นเช่น พลังงานความร้อน.

ให้ไว้ข้างต้นตาม

กฎการอนุรักษ์พลังงานกลในระบบที่ไม่กระจายตัว เราสามารถพูดได้ว่าพลังงานกลในตำแหน่งที่แตกต่างกันสองตำแหน่งนั้นเท่ากัน

และ_เอ็ม – พลังงานกล

และ_ค - พลังงานจลน์

และ_พี - พลังงานศักย์

เพื่อให้เราเข้าใจแนวคิดการอนุรักษ์พลังงานกลมากขึ้น จำเป็นต้องรู้ว่ามันคืออะไร พลังงานจลนศาสตร์ และ พลังงานศักยภาพ ดังนั้นเราจะอธิบายสั้น ๆ เกี่ยวกับแนวคิดเหล่านี้ในหัวข้อต่อไปนี้

ตามการอนุรักษ์พลังงาน พลังงานกลของรถในรูปจะคงที่ทุกจุด

พลังงานจลน์

THE พลังงานจลนศาสตร์ เป็นพลังงานที่มีอยู่ในร่างกายใด ๆ ที่มี ปริมาณการเคลื่อนไหว ไม่เป็นโมฆะ กล่าวคือ ตราบที่ร่างกายมี พาสต้า และ ความเร็วจะได้รับพลังงานจลน์จำนวนหนึ่ง

THE พลังงานจลนศาสตร์ คือ ความยิ่งใหญ่ของสเกลาร์ ซึ่งมีหน่วยตาม สระบบ ผมหน่วยสากล, และ จูล (จ). สูตรพลังงานจลน์ระบุว่าพลังงานนี้เท่ากับผลคูณของ พาสต้า (ม.) และ สี่เหลี่ยมให้ความเร็ว (v²) หารด้วย 2

ม - พาสต้า

วี - ความเร็ว

และ_ค - พลังงานจลน์

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับรูปแบบพลังงานนี้ โปรดไปที่บทความเฉพาะของเรา: พลังงานจลน์.

อย่าเพิ่งหยุด... มีมากขึ้นหลังจากโฆษณา ;)

พลังงานศักย์

THE พลังงานศักยภาพ เป็นพลังงานรูปแบบหนึ่งที่สามารถกักเก็บได้ขึ้นอยู่กับ ตำแหน่ง ที่ร่างกายมีความสัมพันธ์กับสาขาหนึ่งของ ความแข็งแกร่งเช่น สนามโน้มถ่วง, สนามไฟฟ้า และ สนามแม่เหล็ก.

THE พลังงานศักยภาพ สะสมในร่างกายได้ก็ต่อเมื่ออยู่ภายใต้การกระทำของ ความแข็งแกร่งอนุรักษ์นิยมนั่นคือ แรงที่ใช้พลังงานปริมาณเท่ากันกับร่างกายเสมอ โดยไม่คำนึงถึงเส้นทางที่ใช้

ตัวอย่างของกำลังอนุรักษ์นิยมคือ ความแข็งแกร่ง น้ำหนัก: ถ้าร่างกายถูกยกขึ้นต้านการกระทำของแรงน้ำหนักจากพื้นถึงความสูงที่แน่นอนโดยไม่คำนึงถึง วิถีที่ร่างกายนี้เดินทาง ศักยภาพที่ได้รับของพลังงานจะขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างทั้งสองเท่านั้น ความสูง

เมื่อพูดถึงการออกกำลังกายเพื่ออนุรักษ์พลังงานกล มีพลังงานศักย์ทั่วไปอีกสองประเภท: a พลังงานศักย์โน้มถ่วง และ พลังงานศักย์ยืดหยุ่น. พลังงานศักย์โน้มถ่วงเป็นรูปแบบของพลังงานที่สัมพันธ์กับความสูงของวัตถุที่สัมพันธ์กับพื้นดิน ขึ้นอยู่กับมวลกาย การเร่งแรงโน้มถ่วง ในสถานที่และที่ความสูง

ก – แรงโน้มถ่วง (m/s²)

โฮ – ความสูง (ม.)

THEพลังงานศักย์ยืดหยุ่นคือสิ่งที่เกี่ยวข้องกับ การเสียรูป ของบางอย่าง เช่น ยางรัด ในการคำนวณ เราจะพิจารณาว่าวัตถุนั้นมีค่าเท่าใด พิการ (x) เช่นเดียวกับ ค่าคงที่ยืดหยุ่น ของวัตถุนี้ (k) วัดเป็น นิวตันต่อรถไฟใต้ดิน. ถ้าวัตถุมีค่าคงตัวยืดหยุ่นของ 800 N/mแสดงว่าวัตถุนี้ถูกกระทำโดยแรง 800 นิวตันเมื่อถูกทำให้เสียรูปไปหนึ่งเมตร สูตรที่ใช้คำนวณพลังงานศักย์ยืดหยุ่นมีดังนี้

หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับรูปแบบพลังงานนี้ โปรดไปที่บทความเฉพาะของเรา: พลังงาน ศักยภาพ.

พลังงานกล

THE พลังงานกล และ ผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์. กล่าวอีกนัยหนึ่งก็คือพลังงานทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของร่างกาย สูตรพลังงานกลมีดังนี้:

สูตรอนุรักษ์พลังงานกล

สูตรการอนุรักษ์พลังงานกลคือผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์จะเท่ากันทุกจุดในระบบกลไกที่ไม่มีแรงกระจาย

และ_Ci และคือ_{CF -}พลังงานจลน์ขั้นสุดท้ายและเริ่มต้น

และ_Ci และคือ_{ตำรวจสหพันธรัฐ -}พลังงานจลน์ขั้นสุดท้ายและเริ่มต้น

แม้ว่าสูตรข้างต้นจะเป็นสูตรทั่วไปและสามารถนำไปใช้ได้ทุกกรณีที่พลังงานกล หากอนุรักษ์ก็ต้องเน้นว่าแต่ละกรณีสามารถนำเสนอรูปแบบที่แตกต่างกันของพลังงาน ศักยภาพ ดังนั้น การแก้ไขแบบฝึกหัดจึงเป็นวิธีที่ดีที่สุดในการทำความเข้าใจกรณีต่างๆ

อ่านด้วย:การตกอย่างอิสระ - เข้าใจการเคลื่อนไหวนี้ได้ดีขึ้นเมื่อไม่มีแรงเสียดทาน

แก้ไขแบบฝึกหัดเกี่ยวกับการอนุรักษ์พลังงานกล

คำถามที่ 1 - วัตถุที่มีมวล m = 2.0 กก. วางพิงกับสปริงที่มีค่าคงที่ยืดหยุ่นเท่ากับ 5000 N/m ซึ่งบีบอัดไว้ 2 ซม. (0.02 ม.) ละเลยแรงกระจายและยึดตามรูปร่าง กำหนดความสูงที่ร่างกายเอื้อมถึงหลังจากปล่อยสปริงและทำเครื่องหมายทางเลือกที่ถูกต้อง

(ข้อมูล: ก. = 10 ม./วินาที²)

ก) 4 ซม.

ข) 10 ซม.

ค) 5 ซม.

ง) 20 ซม.

จ) 2 ซม.

แม่แบบ: ตัวอักษร C

ความละเอียด:

ในการแก้ปัญหาการออกกำลังกายจำเป็นต้องใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานกล ในแง่นี้ เราจะเห็นว่าพลังงานกลเริ่มแรกมีศักย์ยืดหยุ่นอย่างหมดจด และพลังงานกลสุดท้ายคือศักย์โน้มถ่วงล้วนๆ ด้วยวิธีนี้ เราต้องทำการคำนวณดังต่อไปนี้:

จากการคำนวณที่พัฒนาขึ้น เราพบว่าลำตัวมีความสูงสูงสุด 5 ซม. ดังนั้นทางเลือกที่ถูกต้องคือตัวอักษร C

คำถามที่ 2 - ร่างกายถูกปล่อยออกจากส่วนที่เหลือของทางลาดที่ความสูง 4 เมตร กำหนดความเร็วที่ร่างกายจะไปถึงเมื่ออยู่เหนือพื้นดิน 2 เมตร และระบุทางเลือกที่ถูกต้อง

ก) 2√10 ม./วินาที

ข) 20 เมตร/วินาที

ค) 4√10 ม./วินาที

ง) 2√5 ม./วินาที

จ) 3√2 ม./วินาที

แม่แบบ: จดหมาย ก.

ความละเอียด:

เราต้องใช้กฎการอนุรักษ์พลังงานกลที่จุดสูงสุดและที่จุดสูงเท่ากับ 2 เมตร ในการทำสิ่งนี้อย่างถูกต้อง เราต้องจำไว้ว่า ณ จุดสูงสุด ร่างกายหยุดนิ่ง ดังนั้นพลังงานกลทั้งหมดของมันจึงแสดงออกมาในรูปของพลังงานศักย์โน้มถ่วง ณ จุดที่ความสูงเท่ากับ 2 เมตร มีมากมาย พลังงานศักยภาพแรงโน้มถ่วงเท่าไหร่พลังงานจลนศาสตร์ สังเกตการคำนวณในรูปต่อไปนี้:

ในตอนท้ายของการคำนวณข้างต้น เมื่อเราคำนวณรากที่สองของ 40 เราแยกตัวประกอบตัวเลขเพื่อให้ผลลัพธ์ออกมาเป็น 2√10 ดังนั้นทางเลือกที่ถูกต้องคือตัวอักษร A

โดย Rafael Hellerbrock
ครูฟิสิกส์