נוסחאות אנרגיה קינטית יחד עם הסברים ודוגמאות לשאלות מלאות

אנרגיה קינטית היא האנרגיה שיש לאובייקט כשהוא נע. נוסחת האנרגיה הקינטית קשורה קשר הדוק לאנרגיה פוטנציאלית ולאנרגיה מכנית.

בדיון זה אתן הסבר על אנרגיה קינטית, לצד ההקשר ודוגמאות הבעיה, כך שיהיה קל יותר להבין ...

... מכיוון שהדיון על אנרגיה קינטית מופיע לעתים קרובות מאוד בחומרים בפיזיקה בחטיבות הביניים והבכירות, הוא יוצא לעתים קרובות מאוד בשאלות הבחינה הלאומית (הבחינה הלאומית).

הגדרת אנרגיה

אנרגיה היא מדד ליכולת לעשות עבודה.

לכן, בכל פעילות, בין אם זה דחיפת שולחן, הרמת דברים, ריצה, אתה זקוק לאנרגיה.

ישנם סוגים רבים של אנרגיה, והעיקרי הוא

• אנרגיה קינטית
• אנרגיה פוטנציאלית

השילוב של אנרגיה קינטית ואנרגיה פוטנציאלית נקרא גם אנרגיה מכנית

אנרגיה קינטית

אנרגיה קינטית היא האנרגיה שברשות אובייקט נע.

המילה קינטית מגיעה מהשפה היוונית, כלומר קינטיקוס שמשמעותו לנוע. לכן, מכאן, לכל האובייקטים הנעים, כמובן, יש אנרגיה קינטית.

ערך האנרגיה הקינטית קשור קשר הדוק למסה ולמהירות של האובייקט. כמות האנרגיה הקינטית פרופורציונלית ישירות לגודל המסה והיא פרופורציונאלית לריבוע מהירות האובייקט.

עצם בעל מסה ומהירות גדולה חייב להיות בעל אנרגיה קינטית גדולה בעת תנועה. להיפך, עצמים שמסתם ומהירותם קטנה, גם האנרגיה הקינטית שלהם קטנה.

דוגמאות לאנרגיה קינטית הן משאיות שנוסעות, בזמן שאתה רץ, ותנועות שונות אחרות.

דוגמה נוספת שתוכלו לבחון כשזורקים אבנים. הסלע שאתה זורק חייב להיות בעל מהירות, ולכן יש לו אנרגיה קינטית. אתה יכול לראות את האנרגיה הקינטית של סלע זה כאשר הוא פוגע במטרה שלפניו.

אנרגיה פוטנציאלית

אנרגיה פוטנציאלית היא אנרגיה שברשות אובייקטים בגלל מיקומם או מיקומם.

בניגוד לאנרגיה קינטית, שיש לה צורה ברורה למדי, כלומר כאשר אובייקט נע, לאנרגיה פוטנציאלית אין צורה מסוימת.

הסיבה לכך היא שאנרגיה פוטנציאלית היא בעצם אנרגיה שעדיין פוטנציאלית או מאוחסנת בטבע. וייצא רק כאשר הוא ישנה את עמדתו.

דוגמה לאנרגיה פוטנציאלית שתוכלו למצוא בקלות היא האנרגיה הפוטנציאלית במעיין.

כאשר אתה לוחץ קפיץ, יש בו אנרגיה פוטנציאלית המאוחסנת. לכן, כאשר אתה משחרר את אחיזתך בקפיץ, הוא יכול להפעיל דחיפה.

זה קורה מכיוון שהאנרגיה המאוחסנת בצורה של אנרגיה לאחר השחרור שוחררה.

אנרגיה מכנית

אנרגיה מכנית היא הכמות הכוללת של אנרגיה קינטית ואנרגיה פוטנציאלית.

לאנרגיה מכנית יש מאפיינים ייחודיים מסוימים, כלומר בהשפעת כוח שמרני, כמות האנרגיה המכנית תמיד תהיה זהה, למרות שערכי האנרגיה הפוטנציאלית והאנרגיה הקינטית שונים.

בואו נגיד למשל שמנגו בשל על עץ.

כאשר הוא נמצא בעץ, למנגו יש אנרגיה פוטנציאלית בגלל מיקומו, ואין לו אנרגיה קינטית מכיוון שהוא נייח.

אך כאשר המנגו בשלו וייפול, האנרגיה הפוטנציאלית שלו תפחת עם שינוי במעמדו, ואילו האנרגיה הקינטית שלו תגדל ככל שמהירותו תמשיך לעלות.

אתה יכול גם להבין את אותו הדבר על ידי התבוננות בדוגמת המקרה ברכבת הרים.

יתר על כן, בדיון זה אתמקד בנושא האנרגיה הקינטית.

סוגים ונוסחאות של אנרגיה קינטית

אנרגיה קינטית קיימת בכמה סוגים על פי תנועתה, ולכל אחד מהם נוסחת אנרגיה קינטית משלה.

להלן הסוגים

נוסחת אנרגיה קינטית (אנרגיה קינטית תרגומית)

זו הנוסחה הבסיסית ביותר לאנרגיה קינטית. אנרגיה קינטית תרגומית או מה שמכונה אנרגיה קינטית היא האנרגיה הקינטית כאשר אובייקטים נעים בתרגום.

ה_k = ½ x m x v2

מידע:

m = מסת גוף קשיח (ק"ג)

v = מהירות (m / s)

ה_k= אנרגיה קינטית (ג'ולה)

נוסחת אנרגיה קינטית סיבובית

למעשה, לא כל האובייקטים נעים במעבר ליניארי. ישנם גם עצמים הנעים בתנועה מעגלית או סיבובית.

נוסחת האנרגיה הקינטית לסוג זה של תנועה נקראת נוסחת האנרגיה הקינטית הסיבובית, וערכיה שונים מאנרגיה קינטית רגילה.

פרמטרים באנרגיה קינטית סיבובית משתמשים ברגע האינרציה ובמהירות הזוויתית, שכתובים בנוסחה:

ה_{r =} ½ x אני x ω2

מידע:

אני = רגע האינרציה

ω = מהירות זוויתית

אז כדי לחשב את האנרגיה הקינטית הסיבובית עליך לדעת תחילה את רגע האינרציה ואת מהירות הזווית של האובייקט.

נוסחאות אנרגיה קינטית יחסית

אנרגיה קינטית יחסית היא אנרגיה קינטית כאשר אובייקט נע במהירות רבה.

מכיוון שהוא מהיר כל כך, לאובייקטים שנעים באופן יחסי יש מהירות שמתקרבת למהירות האור.

בפועל, כמעט בלתי אפשרי לחפצים גדולים להגיע למהירות זו. לכן, מהירות גדולה מאוד זו מושגת בדרך כלל על ידי החלקיקים המרכיבים את האטום.

הנוסחה לאנרגיה קינטית רלטיביסטית שונה מאנרגיה קינטית רגילה מכיוון שתנועתה כבר אינה תואמת את המכניקה הניוטונית הקלאסית. לכן הגישה מתבצעת עם תורת היחסות של איינשטיין ואת הנוסחה ניתן לכתוב באופן הבא

ה_k = (γ-1) mc2

כאשר γ הוא הקבוע היחסי, c הוא מהירות האור, ו- m הוא מסת האובייקט.

יחסי אנרגיה עם מאמץ

עבודה או עבודה הם כמות האנרגיה שמפעילה כוח על עצמים או עצמים החווים תזוזה.

עבודה או עבודה מוגדרים כתוצר המרחק שעבר הכוח לכיוון העקירה.

מתבטא בצורה

W = F.s

איפה W = עבודה (Joule), F = כוח (N) ו- s = מרחק (m).

התבונן בתמונה הבאה כדי שתבין טוב יותר את תפיסת העסק.

ערך העבודה יכול להיות חיובי או שלילי בהתאם לכיוון הכוח בתזוזתו.

אם הכוח המופעל על האובייקט נמצא בכיוון ההפוך לתזוזתו, אז העבודה המופעלת היא שלילית.

אם הכוח המופעל הוא באותו כיוון כמו העקירה, אז האובייקט עושה עבודה חיובית.

אם הכוח המופעל יוצר זווית, ערך העבודה מחושב רק על סמך הכוח בכיוון תנועת האובייקט.

העבודה קשורה קשר הדוק לאנרגיה קינטית.

ערך העבודה שווה לשינוי באנרגיה הקינטית.

זה מסומן כ:

W = ΔE _k = 1/2 מ '(v ₂2-v ₁2 )

איפה W = עבודה, = שינוי באנרגיה קינטית, m = מסת האובייקט, v₂2 = מהירות סופית, ו- v₁2 = מהירות ראשונית.

דוגמאות ליישום מושג האנרגיה בחיי היומיום

דוגמאות ליישום אנרגיה פוטנציאלית, כלומר

• עקרון העבודה של המעוט

  בקטפלט יש גומי או קפיץ שמתפקד כמשגר סלע או כדור צעצוע. לגומי או לקפיץ הנמשך והחזק יש אנרגיה פוטנציאלית. אם הגומי או הקפיץ ישוחרר, האנרגיה הפוטנציאלית תהפוך לאנרגיה קינטית

• עקרון העבודה של כוח הידרואלקטרי

  העיקרון המשמש כמעט זהה, כלומר על ידי הגדלת פוטנציאל הכבידה של המים שנאספו.

דוגמאות ליישום אנרגיה קינטית הן:

• הקוקוס הנע נפל מהעץ

  במקרה זה, פרי הקוקוס נע, כלומר יש לו אנרגיה קינטית. את ההשפעה של אנרגיה זו ניתן לראות גם כשהקוקוס מגיע קוֹל עָמוּם באדמה.

• בועט בכדור

  אם אתה אוהב לשחק כדורגל, אז אתה בטח גם בועט בכדור.

בעיטה בכדור היא דוגמה ליישום הקשר בין אנרגיה קינטית לעבודה. אתה בועט בכדור ברגל שלך, מה שאומר שאתה שם עבודה על הכדור. הכדור ממיר את המאמץ הזה לאנרגיה קינטית, כך שהכדור יכול לנוע במהירות.

דוגמא לבעיית אנרגיה קינטית

דוגמה לבעיות באנרגיה קינטית 1

מכונית שמשקלה 500 ק"ג נוסעת במהירות של 25 מ '/ שנ'. חשב את האנרגיה הקינטית של המכונית במהירות זו! מה יקרה אם המכונית תבלום פתאום?

ידוע:

מסת המכונית (מ ') = 500 ק"ג

מהירות רכב (v) = 25 מ 'לשנייה

נשאל:

אנרגיה קינטית ואירועים אם המכונית נבלמת פתאום

תשובה:

ניתן לחשב את האנרגיה הקינטית של מכונית סדאן באופן הבא:

Ek = 1/2. מ 'v2

Ek = 1/2. 500. (25) 2

Ek = 156,250 ג'ול

כשהמכונית נבלמת, המכונית תעצור. אנרגיה קינטית תהפוך לאנרגיית חום ואנרגיית קול שנוצרת על ידי חיכוך בין הבלמים והצירים והצמיגים בכביש.

דוגמה לבעיית אנרגיה קינטית 2

לג'יפ אנרגיה קינטית של 560,000 ג'ול. אם למכונית משקל של 800 ק"ג, מהירות הג'יפ היא ...

ידוע:

אנרגיה קינטית (Ek) = 560,000 ג'ול

מסת המכונית (מ ') = 800 ק"ג

נשאל:

מהירות מכונית (v)?

תשובה:

Ek = 1/2. מ 'v2

v = √ 2 x Ek / m

v = √ 2 x 560,000 / 800

v = 37.42 m / s

אז מהירות הג'יפ היא 37.42 מ 'לשנייה

דוגמא לבעיה 3 אנרגיה קינטית ועבודה

גוש בעל מסה של 5 ק"ג מחליק על פני השטח במהירות של 2.5 מ"ש. זמן מה לאחר מכן, הבלוק נסע במהירות של 3.5 מ 'לשנייה. מה סך העבודה שנעשתה בבלוק בתקופה זו?

ידוע:

מסת החפץ = 5 ק"ג

המהירות ההתחלתית (V1) = 2.5 מ 'לשנייה

מהירות האובייקט הסופי (V2) = 3.5 מ / ש

נשאל:

העבודה הכוללת שנעשתה על האובייקט?

תשובה:

W = ΔE_k

W = 1/2 מ '(v₂2-v₁2)

W = 1/2 (5) ((3,5) 2- (2,5) 2)

W = 15 ג'ול

כך שהעבודה הכוללת המופעלת על האובייקט היא 15 ג'ול.

דוגמא לבעיה 4 אנרגיה מכנית

תפוח בעל מסה של 300 גרם נופל מהפו בגובה של 10 מטרים. אם גודל הכובד (g) = 10 m / s2, חישבו את האנרגיה המכנית בתפוחים!

ידוע:

- מסת עצם: 300 גרם (0.3 ק"ג)

- כוח המשיכה g = 10 m / s2

- גובה h = 10 מ '

נשאל:

תפוחים אנרגיה מכנית (Em)?

תשובה:

אם האובייקט נופל והמהירות אינה ידועה, ההנחה היא כי האנרגיה הקינטית (Ek) היא אפס (Ek = 0)

Em = Ep + Ek

Em = Ep + 0

Em = Ep

Em = m.g.h

Em = 0.3 ק"ג. 10 .10

Em = 30 ג'ול

סיכום

האנרגיה המכנית שיש לתפוח שנפל היא 30 ג'ול.

דוגמא לבעיה 5 אנרגיה מכנית

ספר במשקל 1 ק"ג נפל מהבניין. כאשר הוא נופל לקרקע, מהירות הספר היא 20 מ 'לשנייה. מה גובה הבניין בו נפל הספר אם הערך g = 10 m / s2?

ידוע

- מסה m = 1 ק"ג

- מהירות v = 20 מ 'לשנייה

- כוח המשיכה g = 10 m / s2

נשאל

גובה בנייה (h)

תשובה

Em1 = ​​Em2

Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2

m1.g.h1 + 1/2 m1.v12 = m1.g.h2 + 1/2 m1.v22

Ep = מקסימום

Ek1 = 0 (כי הספר עדיין לא זז

Ep2 = 0 (מכיוון שהספר כבר נמצא על הקרקע ואין לו גובה)

Ek2 = מקסימום

m1.g.h1 + 0 = 0 + 1/2 m1.v₂2

1 x 10 x h = 1/2 x 1 x (20) 2

10 x h = 200

h = 200/10

h = 20 מטר.

סיכום

אז גובה הבניין בו נפל הספר הוא 20 מטר.

דוגמא לבעיה 6 מצא את המהירות אם האנרגיה הקינטית ידועה

מה המהירות של אובייקט עם מסה של 30 ק"ג עם אנרגיה קינטית של 500 J?

EK = 1/2 x mv2

500 = 1/2 x 30 x v2

500 = 1/2 x 30 x v2

v2=33,3

v = 5.77 מ 'לשנייה

דוגמא לבעיה 7 מצא מסה אם האנרגיה הקינטית ידועה

מהי המסה של אובייקט עם אנרגיה קינטית של 100 J ומהירות של 5 m / s?

EK = 0.5 x mv2

100 J = 0.5 x m x 52

m = 8 ק"ג

כך הדיון על נוסחת האנרגיה הקינטית הפעם. אני מקווה שדיון זה שימושי ותוכלו להבין אותו.

אתה יכול גם לקרוא סיכומים שונים של חומרי בית ספר אחרים ב Saintif.

התייחסות

• מהי אנרגיה קינטית - חאן האקדמיה
• אנרגיה קינטית - כיתה לפיזיקה
• אנרגיה קינטית, פוטנציאלית, מכנית | נוסחאות, הסברים, דוגמאות, שאלות - TheGorbalsla.com
• מאמץ ואנרגיה - סטודיו לימודי