Kinetisk energi: definitionen formel. Hitta den kinetiska energin av molekylerna, translationsrörelse, fjäder, kropp, molekyler gas?

Dagliga erfarenheten visar att egenskapen av kroppen kan flyttas, och flyttade till stopp. Vi är alltid något att göra runt om i världen är livliga, solen skiner ... Men vart tog människor, djur och natur i allmänhet kommer från styrkan att göra detta arbete? Vare sig försvinner mekanisk rörelse utan ett spår? Det kommer att börja röra om kroppen är en utan att ändra annan trafik? Allt detta kommer att diskuteras i vår artikel.

Begreppet energi

För motorns drift, vilka förlänar rörelse bilar, traktorer, lokomotiv, flygplan behöver ett bränsle som är en källa till energi. Elektriska maskiner ger rörelse med hjälp av elektricitet. På grund av att energin av vatten som faller från en höjd, vattenturbin vända ansluten till elektriska maskiner, som genererar en elektrisk ström. Man att existera och arbete behöver också energi. De säger att i ordning, för att utföra någon form av arbete, du behöver energi. Vad är energi?

• Observation 1. Lyft bollen över marken. Medan han är i ett tillstånd av lugn, är det mekaniska arbetet inte utförts. Låt honom gå. Under inverkan av tyngdkraften bollen faller till marken från en viss höjd. Under hösten bollen utförs mekaniskt arbete.
• Observation 2. somknite våren vi fixa det och sätta tråden på våren snigel. Sätta eld på tråden, ligger fjädern platt och höja järnvikten på en viss höjd. Spring mekaniskt arbete utförs.
• 3. Observations vagn kommer att fixa stången med blocket i slutet. Efter block perekinem tråd, vars ena ände är lindad på vagnen axeln och vid den andra hängande bob. Släpp sänket. Under påverkan av gravitationen , kommer han att sjunka ner och ge vagnen. Bob utförs mekaniskt arbete.

Efter att ha analyserat alla ovanstående observation, kan vi dra slutsatsen att om det eller de organ flera interaktion under mekaniskt arbete utförs, sägs det att de har en mekanisk kraft eller energi.

Begreppet energi

Energi (från det grekiska ordet energi -. Aktiviteter) - en fysisk kvantitet som karakteriserar kropparna förmåga att utföra arbetet. Enheten av energi, och fungerar även i SI-systemet är en Joule (J 1). Bokstaven energi betecknas med bokstaven E. Av ovanstående experiment är det uppenbart att kroppen utför arbete vid övergång från ett tillstånd till ett annat. varvid kroppen energi varierar (minskar), och det mekaniska arbetet är lika med resultatet av en förändring i dess mekaniska effekt som utförs av kroppen.

Typer av mekanisk energi. Begreppet potentiell energi

Skilj 2 typer av mekanisk energi: potential och kinetisk. Nu har en närmare titt på den potentiella energin.

Den potentiella energin (PE) - är den energi som fastställs genom den relativa positionen hos de organ som interagerar eller delar av kroppen själv. Eftersom varje kropp och jorden attraherar varandra, dvs de interagerar, PE kropp höjd över marken, kommer att bero på höjden av lyft h. Ju högre kroppen höjs, desto mer hans PE. Det konstaterades experimentellt att PE beror inte bara på den höjd på vilken den höjs, utan även på kroppsvikten. Om kroppen höjdes till samma höjd, kommer kroppen att ha en större massa har en större och PE. Formeln för den energi som följer: E _n = mgh, vari E _n - är en potentiell energi, m - Kroppsvikt, g = 9,81 H / kg, h - höjd.

Den potentiella energin av fjädern

Den potentiella energin hos det elastiskt deformerade kroppen som kallas fysisk värdet E _{f, som} vid justering av hastigheten för translationsrörelse under inverkan av elastiska krafter minskar exakt lika mycket som de kinetiska energin ökar. Fjädrar (såsom andra elastiskt deformerad kroppen) har PE, som är lika med halv produkten av styvheten k för deformation kvadrat: x = kx ^2: 2.

Kinetisk energi: formeln och definitionen av

Ibland kan ses värdet av mekaniskt arbete utan användning av begreppen kraft och rörelse, med fokus på det faktum att arbetet representerar förändringen i kroppens energi. Allt som vi kan behöva - är massan av en kropp och dess start- och sluthastighet som kommer att leda oss till den kinetiska energin. Den kinetiska energin (KE) - energi kan tillskrivas kroppen på grund av sin egen rörelse.

Kinetisk energi vinden, det används för att ge rörelse vindkraftverk. Driven av massan av luft under tryck på det lutande planet av vindturbinvingar, och tvinga dem att vända. Rotation av överföringsmekanism transmissionssystem som utför ett specifikt jobb. Driven av vattnet stängs turbinen makt, förlorar en del av sin CE, gör jobbet. Flyger högt på himlen planet, förutom PE, en CE. Om kroppen är i ett vilotillstånd, det vill säga är dess hastighet i förhållande till jorden noll, och dess CE i förhållande till jorden är noll. Det fastställdes experimentellt, att ju större vikt och den hastighet med vilken den rör sig, desto mer TBE. Formeln för den kinetiska energin hos translationsrörelsen i det matematiska uttrycket är som följer:

Där K - kinetisk energi, m - vikt, v - hastighet.

Förändringen i rörelseenergi

Eftersom hastigheten för rörelsen hos kroppen är varierbar beroende på valet av referenssystemet, ett värde CE kropp beror också på sitt urval. Förändring av kinetisk energi (IKE) kroppen sker på grund av verkan på kroppen av den externa kraften F. _? En fysisk kvantitet som är lika _med E IKE kroppen på grund av en kraft av åtgärd F, ring drift:? A E = _k. Om en kropp, som rör sig med en hastighet v _1, kraften F, vilken sammanfaller med riktningen, rörelsen hastigheten hos kroppen kommer att öka i intervallet av tiden t till ett visst värde v _2. I det här fallet är IKE:

Där m - massan av kroppen; d - den väg som passeras av kroppen; V _f1 = (V ₂ - V _1); V _f2 = (V ₂ + V _1); a = F: m. Det är denna formel beräknas hur mycket rörelseenergi ändras. Formel kan också ha följande tolkning: _för E = Flcos ά, vari cosa är vinkeln mellan vektorerna kraften F och hastigheten _V.?

Den genomsnittliga kinetiska energin

Kinetisk energi är den energi som bestäms av hastigheten hos de olika punkter som hör till detta system. Dock vara medvetna om att det är nödvändigt att skilja mellan två energi som kännetecknar de olika typer av rörelse: translation och roterande. Den genomsnittliga kinetiska energin (SKE) i detta fall är den genomsnittliga skillnaden mellan den totala energin för hela systemet och dess kraft i sinnet, det vill säga i själva verket dess storlek - det är det genomsnittliga värdet av den potentiella energin. den genomsnittliga kinetiska energin formeln är:

där k - är Boltzmanns konstant; T - temperatur. Det är denna ekvation är grunden för molekyl kinetisk teori.

Den genomsnittliga kinetiska energin hos de gasmolekyler

Talrika försök har visat att den genomsnittliga kinetiska energin hos de gasmolekyler i rörelse framåt vid en given temperatur är densamma och inte är beroende av den typ av gas. Vidare visade det sig också att värme gas vid ^omkring 1 C SKE ökas med ett och samma värde. Mer exakt, är värdet :? E _k = 2,07 x 10 ^-23 J / ° ^C. För att beräkna vad som är den genomsnittliga kinetiska energin hos de gasmolekyler i den progressiva rörelsen, är det nödvändigt, i tillägg till detta relativt värde, att veta åtminstone en mer det absoluta värdet av den translationsrörelse av energi. I fysik, värdena för ett brett temperaturintervall bestämmas tillräckligt noggrant. Till exempel, vid t = 500 ^{° C} den kinetiska energin hos translationsrörelse Ek molekyl = 1600 x 10 ^-23 J. 2 Med kännedom om värdet (? E _k och _Ek), kan vi beräkna den energi som en translationsrörelse av molekylerna vid en given temperatur, och för att lösa inversa problemet - att bestämma temperaturen på uppsättningen energivärden.

Slutligen kan vi dra slutsatsen att den genomsnittliga kinetiska energi av molekylerna, formeln som är visad ovan endast beroende av den absoluta temperaturen (och för varje tillstånd av aggregation av de ämnen).

Lagen om bevarande av total mekanisk energi

Studera rörelsen hos kroppar under inverkan av tyngdkraften och den elastiska kraften visade att det finns en fysisk kvantitet som kallas potentiell energi E _n; det beror på kroppen ramen, och dess förändring likställs IKE, som tas med motsatt tecken: Δ E _{n =} - E _till?. Sålunda är mängden av CE och kroppen förändras PE, vilka samverkar med de gravitationskrafter och de elastiska krafterna 0:? Δ E _n + E _k = 0. De krafter som beror endast på koordinaterna för kroppen, kallas konservativ. Attraktionskraften och elasticiteten är konservativa krafter. Summan av kinetisk och potentiell energi av kroppen är den totala mekaniska energin: E _n + _k = E E.

Detta faktum, som har visat de mest exakta experiment
kallas lagen om bevarande av mekanisk energi. Om kroppen samverkar krafter, vilka beror på den relativa hastigheten, är den mekaniska energin i systemet samverkande organ som inte sparats. Ett exempel på de krafter av denna typ, som kallas icke-konservativa, är kraften av friktion. Om du agerar på kroppen av friktionskraften, är det nödvändigt att övervinna dem att förbruka energi som är en del av det används för att utföra arbete mot krafter friktion. Dock är brott mot lagen om energins bevarande endast imaginära, eftersom det är ett specialfall av den allmänna lagen om bevarande och omvandling av energi. Kroppen energi försvinner aldrig och återkommer: hon bara omvandlas från en form till en annan. Denna lag av naturen är mycket viktigt, det sker överallt. Det är också ibland kallas den allmänna lagen om bevarande och omvandling av energi.

Kommunikationen mellan den inre energin i kroppen, den kinetiska och potentiella energier

Den inre marknaden för energi (U) av kroppen - det är hans fulla energi i kroppen minus kropp EG som helhet och dess PE i fältstyrkan externt. Av detta kan vi dra slutsatsen att den inre energin består av TBE slumpmässig rörelse av molekyler, växelverkan mellan PE och vnutremolekulyarnoy energi. Intern energi - en enda värderad funktion av systemets tillstånd, som säger följande: om systemet är i detta tillstånd, tar sin inre energi dess inneboende värde, oavsett vad som hände tidigare.

relativ

När hastigheten hos kroppen nära ljushastigheten, är kinetisk energi hittas genom följande formel:

Den kinetiska energin hos kroppen, den formel som har skrivits ovan, kan också beräknas på följande princip:

Exempel på problem att hitta en kinetisk energi

1. Jämför kinetisk energi bollen som vägde 9 g, som flyger med en hastighet av 300 m / s, och en person som väger 60 kg, körs med en hastighet av 18 km / t.

Så, vad vi har fått: m ₁ = 0,009 kg; V ₁ = 300 m / s; ₂ m = 60 kg, V ₂ = 5 m / s.

lösning:

• Kinetisk energi (Eq) _till E = mv ^2: 2.
• Vi har alla data för beräkning, och _därmed finna E och för personen och för bollen.
• E = _k1 (x 0,009 kg (300 m / s) ²⁾ 2 = 405 J;
• _K2 = E (x 60 kg (5 m / s) ²⁾ 2 = 750 J.
• E _k1

Svar: Den kinetiska energin hos bollen är mindre än människa.

2. Kropp 10 kg höjdes till en höjd av 10 m, varefter den släpps. Vad EG blir det på en höjd av 5 m? Luftmotstånd tillåts försummas.

Så, vad vi har fått: m = 10 kg; h = 10 m; ₁ h = 5 m; g = 9,81 N / kg. E _k1 -

lösning:

• Kroppen hos en viss massa, uppvuxen till en viss höjd, har en potentiell energi: E _n = mgh. Om kroppen faller, kommer den i viss höjd att ha svett. Energi E _n = mgh ₁ och kin. Energin E _k1. För att den kinetiska energin ska kunna hittas korrekt hjälper inte den ovan angivna formeln, och därför löser vi problemet med hjälp av följande algoritm.
• I detta steg använder vi lagen om bevarande av energi och skriver: E _n1 + E _k1 = E _n.
• Då E _k1 = E _n - E _n1 = mgh - mgh ₁ = mg (hh ₁ ).
• Genom att ersätta våra värden i formeln får vi: E _k1 = 10 x 9.81 (10-5) = 490.5 J.

Svaret är: E _k1 = 490.5 Joules.

3. Ett svänghjul med en massa m och en radie R, omsluter runt en axel som passerar genom dess centrum. Vinkelhastigheten för svänghjulet är ω . För att stoppa svänghjulet pressas en bromssko, som verkar på den med _{friktionskraften} F, till sin fälg. Hur många varv går svänghjulet till ett helt stopp? Tänk på att svänghjulets massa är koncentrerad längs fälgen.

Så, vad ges oss: m; R; ω; F _friktion. N -?

lösning:

• För att lösa problemet kommer vi att överväga att svänghjulsvridningarna liknar dem i en tunn uniformhöjd med radie R och massa m, som vrider sig med vinkelhastighet ω.
• Den kinetiska energin hos en sådan kropp är: _Ek = ( Jω2 ): 2, där J = mR2 .
• Svänghjulet kommer att sluta, förutsatt att alla dess TE används för att övervinna friktionskraften F från _friktionen mellan bromsskoen och fälgen: E _k = F i friktionen * s, där S är stoppavståndet, vilket är 2 πRN.
• Därför F _friktion * 2πRN = (M R2O2 ): 2, varav N = ( mω2R ): ( 4πF).

Svar: N = (mω2R): (4πF _tr).

Sammanfattningsvis

Energi är den viktigaste komponenten i alla aspekter av livet, för utan det kunde inga kroppar utföra arbete, inklusive en person. Vi tycker att artikeln tydligt förklarat för dig vilken energi som är och den detaljerade presentationen av alla aspekter av en av dess komponenter - kinetisk energi - hjälper dig att förverkliga många av de processer som äger rum på vår planet. Och hur man hittar den kinetiska energin kan du lära av ovanstående formler och exempel på att lösa problem.