Kinetisk energi: formel definition. Finde den kinetiske energi af molekylerne, translatorisk bevægelse, forår, krop, molekyler af gas?

Daglig erfaringer viser, at ejendommen af kroppen kan flyttes, og flyttede til stoppe. Vi er altid noget at gøre rundt omkring i verden er travle, solen skinner ... Men hvor har mennesker, dyr, og i naturen i almindelighed kommer fra styrke til at gøre dette arbejde? Hvorvidt forsvinder mekanisk bevægelse uden et spor? Det vil begynde at bevæge sig, hvis kroppen er én, uden at ændre den øvrige trafik? Alt dette vil blive drøftet i vores artikel.

Begrebet energi

For motordrift, som bibringer bevægelse biler, traktorer, lokomotiver, fly har brug for brændstof, der er en kilde til energi. Elektriske maskiner give bevægelse ved hjælp af elektricitet. På grund af energien af vand, der falder fra en højde, hydroturbine igen er forbundet med elektriske maskiner, genererer en elektrisk strøm. Mennesket til at eksistere og arbejde, også har brug for energi. De siger, at i orden, for at udføre en form for arbejde, du har brug for energi. Hvad er energi?

• Observation 1. Løft bolden over jorden. Mens han er i en tilstand af ro, er det mekaniske arbejde ikke udføres. Lad ham gå. Under indflydelse af tyngdekraften bolden falder til jorden fra en vis højde. I løbet af efteråret af kuglen udføres mekanisk arbejde.
• Observation 2. somknite forår, vi ordne det og sætte gevindet på foråret skovsnegl. Sæt ild til tråden, foråret ligger fladt og hæve jern vægt i en vis højde. Spring mekanisk arbejde udføres.
• 3. Observation trolley vil fastsætte stangen med blokken ved enden. Efter blok perekinem tråd, hvis ene ende er viklet på vognen akse og ved den anden hængende bob. Slip Sænkeloddets. Under indflydelse af tyngdekraften , vil han synke ned og give vognen. Bob udført mekanisk arbejde.

Efter at have analyseret alle de ovennævnte observation, kan vi konkludere, at hvis det eller de organer flere interaktion under mekanisk arbejde udføres, siges det, at de har en mekanisk kraft eller energi.

Begrebet energi

Energi (fra det græske ord energi -. Aktiviteter) - en fysisk størrelse, der kendetegner de organer evne til at udføre arbejdet. Enheden af energi, og også arbejder i SI-systemet er én joule (J 1). Brevet energi betegnes med bogstavet E. Ud fra ovenstående eksperimenter, er det klart, at kroppen udfører arbejde, når de passerer fra én tilstand til en anden. hvor legemet energi varierer (falder), og det mekaniske arbejde er lig med resultatet af en ændring i dets mekanisk energi udført af kroppen.

Typer af mekanisk energi. Begrebet potentiel energi

Skelne 2 typer af mekanisk energi: potentielle og kinetiske. Nu et nærmere kig på den potentielle energi.

Den potentielle energi (PE) - er den energi bestemmes af den relative position af de organer, som interagerer eller dele af kroppen selv. Da hvert organ og jorden tiltrækker hinanden, det vil sige, de interagerer, PE krop hævet over jorden, vil afhænge af højden på liften time. Jo højere kroppen er hævet, jo mere hans PE. Det blev etableret eksperimentelt, at PE ikke alene afhænger den højde, som den er hævet, men også på kropsvægt. Hvis kroppen er blevet hævet til samme højde, vil kroppen have en større masse har en større og PE. Formlen for den energi, som følger: E _n = MGH, hvor E _n - er en potentiel energi, m - Body mass, g = 9,81 H / kg, h - højde.

Den potentielle energi af fjederen

Den potentielle energi af det elastisk deformerede organ kaldet fysisk værdi E _{f som} ved indstilling af hastigheden af translationsbevægelse under påvirkning af elastiske kræfter falder nøjagtig lige så meget som de kinetiske energi stiger. Springs (ligesom andre elastisk deforme krop) har PE, som er lig med halvdelen produktet af den stivhed k for deformationer firkantet: x = kx ^2: 2.

Kinetisk energi: formlen og definitionen af

Nogle gange værdien af mekanisk arbejde kan ses uden brug af begreberne kraft og bevægelse, med fokus på det faktum, at det arbejde, repræsenterer ændringen i energi i kroppen. Alt, hvad vi kan få brug for - er massen af et legeme og dets start og slut hastighed, der vil føre os til den kinetiske energi. Den kinetiske energi (KE) - den energi tilskrives kroppen på grund af deres egen bevægelse.

Kinetiske energi er vinden, det bruges til at bibringe bevægelse vindmøller. Drevet af massen af luft under tryk på det skrå plan af vindmøllevinger, og tvinge dem til at vende rundt. Rotation af transmissionssystemet transmissionsmekanisme at udføre en bestemt opgave. Drevet af vandet, vender møllen magt, mister en del af sin CE, gøre arbejdet. Flying højt på himlen flyet, i tillæg til PE, en CE. Hvis kroppen er i en hviletilstand, det vil sige, dens hastighed i forhold til Jorden er nul, og dens CE i forhold til jorden er nul. Det blev fastslået eksperimentelt, at jo større vægt og den hastighed, hvormed den bevæger sig, jo mere TBE. Formlen af den kinetiske energi af den translatoriske bevægelse i matematiske udtryk er som følger:

Hvor K - kinetisk energi, m - vægt, v - hastighed.

Ændringen i kinetisk energi

Eftersom hastigheden for bevægelse af kroppen er variabel afhængigt af valget af referencesystemet, en værdi CE legeme afhænger også sit valg. Ændring i kinetisk energi (IKE) krop opstår på grund af handlingen på kroppen af ydre kraft F. En fysisk størrelse, det er IKE? E _{til kroppen} på grund af den kraft, der virker på det F, kaldet operation: A =? E _til. Hvis et organ, der bevæger sig med en hastighed v _1, kraften F, som falder sammen med retningen, bevægelsen hastighed af legemet vil stige i tidsintervallet t til en bestemt værdi _V2. I dette tilfælde, IKE er:

Hvor m - massen af legemet; d - stien gennemløbes af legemet; V _f1 = _(V2 - _V1); V _f2 = _(V2 + V _1); a = F: m. Det er af denne formel beregnes, hvor meget kinetisk energi ændres. Formlen også kan tolkes som følger :? E _til = Flcos ά, cos a hvor er vinklen mellem vektorerne af kraften F og hastigheden V.

Den gennemsnitlige kinetiske energi

Kinetisk energi er den energi, der konstateres ved hastigheden på forskellige punkter, som hører til dette system. Vær dog opmærksom på, at det er nødvendigt at skelne mellem to energi, der kendetegner de forskellige typer af bevægelse: translationelle og roterende. Den gennemsnitlige kinetiske energi (SKE) i dette tilfælde er den gennemsnitlige forskel mellem den samlede energi af hele systemet og dets magt i sindet, det vil sige, i virkeligheden, dens størrelse - det er den gennemsnitlige værdi af den potentielle energi. den gennemsnitlige kinetiske energi formel er:

hvor k - er Boltzmanns konstant; T - temperatur. Det er denne ligning er grundlaget for den molekylære-kinetiske teori.

Den gennemsnitlige kinetiske energi gasmolekyler

Talrige forsøg har afsløret, at den gennemsnitlige kinetiske energi gasmolekyler i den fremadgående bevægelse ved en given temperatur er den samme og afhænger ikke af typen af gas. Endvidere blev det også konstateret, at opvarmning gas ved ^ca. 1 C SKE forøges med en og samme værdi. Mere præcist er værdien :? E _k = 2,07 x 10 ^-23 J / ° ^C. For at beregne, hvad er den gennemsnitlige kinetiske energi gasmolekyler i den progressive bevægelse, er det nødvendigt, ud over denne relative værdi, at vide i det mindste en mere den absolutte værdi af den translatoriske bevægelse af energi. I fysik, værdierne for et bredt område af temperaturer bestemmes tilstrækkeligt nøjagtigt. For eksempel ved t = 500 ^{° C} kinetiske energi translationsbevægelse Ek molekyle = 1600 x 10 ^-23 J. 2 kende værdien (? E _k og E _k), kan vi beregne den energi som en translatorisk bevægelse af molekylerne ved en given temperatur, og at løse inverse problem - at bestemme temperaturen på det sæt af energi værdier.

Endelig kan vi konkludere, at den gennemsnitlige kinetiske energi af molekylerne, formlen der er vist ovenfor afhænger kun af den absolutte temperatur (og for enhver aggregattilstand af stofferne).

Loven om bevaring af den samlede mekaniske energi

Studere bevægelse af organer under påvirkning af tyngdekraften og den elastiske kraft viste, at der er en fysisk størrelse, som kaldes potentiel energi E _n; det afhænger af kroppen stel, og dens forandring er sidestillet IKE, som er taget med modsat fortegn: Δ E _{n =} - E _til?. Således er mængden af ændring i FE og PE organ, som interagerer med tyngdekraften og elasticiteten er lig med 0:? Δ E E _n + _k = 0. De kræfter, der kun afhænger koordinaterne for kroppen kaldes konservativ. Den tiltrækkende kraft og elasticitet er konservative kræfter. Summen af kinetisk og potentiel energi i kroppen er den totale mekaniske energi: E _n + _k = E E.

Dette faktum, som har vist sig den mest præcise eksperimenter,
kaldet loven om bevarelse af mekanisk energi. Hvis kroppen interagerer kræfter, som afhænger af den relative hastighed, er den mekaniske energi af systemet med interagerende organer ikke gemt. Et eksempel på de kræfter af denne type, som kaldes ikke-konservative, er den kraft af friktion. Hvis du handler på kroppen af friktionskraften, er det nødvendigt at overvinde dem at forbruge energi, som er en del af det bruges til at udføre arbejde mod de kræfter i friktion. Men overtrædelse af loven om energiens bevarelse er kun imaginære, fordi det er et specielt tilfælde af den generelle lov om bevarelse og transformation af energi. Krop energi aldrig forsvinder og vises igen: hun kun konverteret fra en form til en anden. Denne naturlov er meget vigtigt, det sker overalt. Det er også undertiden benævnt den generelle lov om bevarelse og transformation af energi.

Kommunikation mellem det indre energimarked i kroppen, den kinetiske og potentielle energi

Den interne energi (U) af kroppen - det er hans fulde energi i kroppen minus CE kroppen som helhed og dets PE på det eksterne område styrke. Ud fra dette kan vi konkludere, at det indre energimarked består af TBE tilfældig bevægelse af molekyler, samspillet mellem PE og vnutremolekulyarnoy energi. Intern energi - en enkelt værdi funktion af systemets tilstand, der siger følgende: Hvis systemet er i denne tilstand, dets indre energimarked tager dens iboende værdi, uanset hvad der tidligere er sket.

relativisme

Når hastigheden af legemet tæt på lys hastighed, er kinetisk energi findes ved den følgende formel:

Den kinetiske energi af kroppen, den formel, som er blevet skrevet ovenfor, kan også beregnes på følgende princip:

Eksempler på problemer med at finde en kinetisk energi

1. Sammenlign kinetisk energi bold, der vejer 9 g, flyvende med en hastighed på 300 m / s, og en person, der vejer 60 kg, kører med en hastighed på 18 km / t.

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

opløsning:

• Kinetisk energi (Eq) _til E = mv ^2: 2.
• Vi har alle de data til beregning, og derfor _{for at} finde E og for den person, og om bolden.
• 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 kinetiske energi af bolden er mindre end menneskelig.

2. Krop 10 kg blev hævet til en højde på 10 m, hvorefter den blev udgivet. Hvad EF vil det være i en højde på 5 m? Luftmodstand tillades at blive forsømt.

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

opløsning:

• Kroppen af given masse, hævet til en vis højde, den potentielle energi er: E _p = MGH. Hvis kroppen falder, er det i en vis højde h ₁ vil have en sved. energi E = MGH _{krav 1} og Kin. energi E _k1. For at kunne fundet den kinetiske energi af formel, som er blevet vist ovenfor, ikke virker, og derfor løse problemet efter følgende algoritme.
• I dette trin bruger du loven om energiens bevarelse, og vi kan skrive: E _n1 + E _k1 = E _n.
• Derefter E _k1 = E _n - E _n1 = MGH - ₁ mgh = mg (tt _1).
• Substituere værdier i vores formel, får vi: E = 10 x _k1 9,81 (10-5) = 490,5 J.

Svar: E _k1 = 490,5 J.

3. Et dobbelt masse svinghjul, der har en masse m og radius R, er viklet omkring en akse, der går gennem dets centrum. Indpakning vinkelhastighed af svinghjulet - ω. For at standse svinghjulet til fælgen presses mod bremseskoen virker på det med en kraft F _friktion. Hvor mange revolutioner vil gøre svinghjulet helt stille? Tag højde for, at vægten af svinghjulet er centreret på fælgen.

Så, hvad vi har fået: m; R; ω; F _friktion. N -?

opløsning:

• I løsningen af problemet vil antage sådan momentum svinghjul fik homogen tynd hoop med en radius R og en masse m, som drejer med en vinkelhastighed ω.
• Den kinetiske energi af kroppen er lig med: E _a = (J ω ²⁾ 2, hvor J = ^mR2.
• Svinghjul stop på den betingelse, at alle dets brugt på TBE arbejde for at overvinde friktionen kraften F _{friktion frembringes} mellem bremseklodsen og fælgen: _i E = F friktion * s, hvor s - er bremselængden, som er lig med 2 πRN.
• Derfor F * 2 _Friktion πRN = (M ^R2 ω ²⁾ 2 hvor N = (m ω ² R): (4 π F mp).

Svar: N = (MQ ^2R): (4πF _mp).

Som konklusion

Energi - er et væsentligt element i alle aspekter af livet, for uden det, kunne ethvert organ ikke gør jobbet, herunder mennesker. Vi mener, at artiklen har De oplyst, at det er en magt, og en detaljeret beskrivelse af alle aspekter af et af dens komponenter - den kinetiske energi - vil hjælpe dig med at forstå de mange processer, der foregår på vores planet. Og hvordan man finder den kinetiske energi, kan du lære af de eksempler på formler og problemløsning af ovenstående.