Forme physique et mode de vie sain 

Énergie cinétique et potentielle brièvement. Énergie cinétique. Propriétés de l'énergie cinétique

1. Une pierre, tombant d'une certaine hauteur sur la Terre, laisse une entaille à la surface de la Terre. Pendant la chute, il travaille pour vaincre la résistance de l'air, et après avoir touché le sol, travaille pour vaincre la force de résistance du sol, car il a de l'énergie. Si vous pompez de l'air dans un bocal fermé avec un bouchon de liège, alors à une certaine pression d'air, le liège s'envolera de la boîte, tandis que l'air fera le travail de surmonter le frottement du liège sur le goulot de la boîte, en raison de le fait que l'air a de l'énergie. Ainsi, un corps peut faire du travail s'il a de l'énergie. L'énergie est désignée par la lettre ​ \ (E \) . L'unité de travail est ​\( \) ​ \u003d 1 J.

Lorsque le travail est terminé, l'état du corps change et son énergie change. La variation d'énergie est égale au travail effectué :​\(E=A\)​.

2. L'énergie potentielle est l'énergie d'interaction des corps ou des parties du corps, en fonction de leur position relative.

Puisque les corps interagissent avec la Terre, ils ont l'énergie potentielle d'interaction avec la Terre.

Si un corps de masse ​\(m \) ​ tombe d'une hauteur ​\(h_1 \) ​ à une hauteur ​\(h_2 \) , alors le travail de gravité ​\(F_t \) ​ dans la section ​\ (h=h_1- h_2 \) est égal à : \(A = F_th = mgh = mg(h_1 - h_2) \) Ou \ (A \u003d mgh_1 - mgh_2 \) (Fig. 48).

Dans la formule résultante \\(mgh_1 \) caractérise la position initiale (état) du corps, \(mgh_2 \) caractérise la position finale (état) du corps. La valeur \(mgh_1=E_(n1)\) est l'énergie potentielle du corps à l'état initial ; la quantité \(mgh_2=E_(n2)\) est l'énergie potentielle du corps à l'état final.

Ainsi, le travail de la gravité est égal à la variation de l'énergie potentielle du corps. Le signe "-" signifie que lorsque le corps descend et, par conséquent, lorsqu'un travail positif est effectué par gravité, l'énergie potentielle du corps diminue. Si le corps s'élève, le travail de la gravité est négatif et l'énergie potentielle du corps augmente.

Si le corps est à une certaine hauteur ​ \ (h \) ​ par rapport à la surface de la Terre, alors son énergie potentielle en état donné est égal à ​\(E_p=mgh \) . La valeur de l'énergie potentielle dépend du niveau par rapport auquel elle est mesurée. Le niveau auquel l'énergie potentielle est nulle est appelé niveau zéro.

Contrairement à l'énergie cinétique, les corps au repos possèdent une énergie potentielle. Puisque l'énergie potentielle est l'énergie d'interaction, elle ne se réfère pas à un corps, mais à un système de corps en interaction. DANS ce cas ce système se compose de la Terre et du corps élevé au-dessus d'elle.

3. Les corps élastiquement déformés possèdent une énergie potentielle. Supposons que l'extrémité gauche du ressort est fixe et qu'une charge est attachée à son extrémité droite. Si le ressort est comprimé en déplaçant son extrémité droite de ​\(x_1 \) , alors une force élastique ​\(F_(control1) \) ​apparaîtra dans le ressort, dirigée vers la droite (Fig. 49).

Si nous laissons maintenant le ressort à lui-même, alors son extrémité droite bougera, l'extension du ressort sera égale à \(x_2 \) , et la force élastique \(F_(str2) \) .

Le travail de la force élastique est égal à

\[ A=F_(cp)(x_1-x_2)=k/2(x_1+x_2)(x_1-x_2)=kx_1^2/2-kx_2^2/2 \]

​\(kx_1^2/2=E_(n1) \) ​ - énergie potentielle du ressort à l'état initial, \(kx_2^2/2=E_(n2) \) - énergie potentielle du ressort à l'état final Etat. Le travail de la force élastique est égal à la variation de l'énergie potentielle du ressort.

Vous pouvez écrire ​\(A=E_(n1)-E_(n2) \) , ou \(A=-(E_(n2)-E_(n1)) \) , ou \(A=-E_(n) \) .

Le signe "-" indique que lorsque le ressort est étiré et comprimé, la force élastique effectue un travail négatif, l'énergie potentielle du ressort augmente et lorsque le ressort se déplace vers la position d'équilibre, la force élastique effectue un travail positif et le potentiel l'énergie diminue.

Si le ressort est déformé et que ses spires sont déplacées par rapport à la position d'équilibre d'une distance ​\(x \) , alors l'énergie potentielle du ressort dans cet état est égale à ​\(E_p=kx^2/2 \) .

4. Les corps en mouvement peuvent aussi faire du travail. Par exemple, un piston en mouvement comprime le gaz dans un cylindre, un projectile en mouvement perce une cible, etc. Par conséquent, les corps en mouvement ont de l'énergie. L'énergie que possède un corps en mouvement s'appelle énergie cinétique . L'énergie cinétique \\ (E_k \) dépend de la masse du corps et de sa vitesse \ (E_k \u003d mv ^ 2/2 \) . Cela découle de la transformation de la formule de travail.

Travail ​\(A=FS \) . Force ​\(F=ma \) ​. En remplaçant cette expression dans la formule de travail, nous obtenons ​\(A=maS \) . Puisque ​\(2aS=v^2_2-v^2_1 \) , alors ​\(A=m(v^2_2-v^2_1)/2 \) ou \(A=mv^2_2/2- mv^2_1 /2 \) , où ​\(mv^2_1/2=E_(k1) \) - énergie cinétique du corps dans le premier état, \(mv^2_2/2=E_(k2) \) - énergie cinétique du corps dans le second état. Ainsi, le travail de la force est égal à la variation de l'énergie cinétique du corps :​\(A=E_(k2)-E_(k1)\) , ou ​\(A=E_k \) . Cette déclaration - théorème de l'énergie cinétique.

Si la force fait un travail positif, alors l'énergie cinétique du corps augmente, si le travail de la force est négatif, alors l'énergie cinétique du corps diminue.

5. Compléter énergie mécanique​\(E \) ​ corps - quantité physique, égale à la somme de son énergie potentielle ​\(E_p \) et cinétique \(E_p \) : \(E=E_p+E_k \) .

Soit le corps tomber verticalement vers le bas et au point A être à une hauteur ​\(h_1 \) par rapport à la surface de la Terre et avoir une vitesse ​\(v_1 \) (Fig. 50). Au point B, la hauteur du corps \ (h_2 \) et la vitesse \ (v_2 \) En conséquence, au point A, le corps a une énergie potentielle \ \ (E_ (p1) \) et une énergie cinétique \ (E_ (k1) \) , et au point B - énergie potentielle \ (E_ (n2) \) et énergie cinétique \ (E_ (k2) \) .

Lors du déplacement d'un corps du point A au point B, la gravité fonctionne de manière égale à A. Comme indiqué, ​\(A=-(E_(n2)-E_(n1)) \) k2)-E_(k1) \) . En égalant les bonnes parties de ces égalités, on obtient : \(-(E_(n2)-E_(n1))=E_(k2)-E_(k1) \) d'où \(E_(k1)+E_(p1)=E_(p2)+E_(k2)\) ou ​\(E_1=E_2 \) .

Cette égalité exprime la loi de conservation de l'énergie mécanique : l'énergie mécanique totale d'un système fermé de corps entre lesquels agissent des forces conservatrices (forces gravitationnelles ou élastiques) est conservée.

Dans les systèmes réels, les forces de frottement agissent, qui ne sont pas conservatrices, par conséquent, dans de tels systèmes, l'énergie mécanique totale n'est pas conservée, elle est convertie en énergie interne.

Partie 1

1. Deux corps sont à la même hauteur au-dessus de la surface de la Terre. La masse d'un corps ​\(m_1 \) ​ est égale à trois fois la masse de l'autre corps ​\(m_2 \) ​. Par rapport à la surface de la Terre, l'énergie potentielle

1) le premier corps est 3 fois l'énergie potentielle du deuxième corps
2) le deuxième corps est 3 fois l'énergie potentielle du premier corps
3) le premier corps est 9 fois l'énergie potentielle du deuxième corps
4) le deuxième corps est 9 fois l'énergie potentielle du premier corps

2. Comparer énergie potentielle la boule au pôle ​\(E_p \) de la Terre et à la latitude de Moscou ​\(E_m \) si elle est à la même hauteur par rapport à la surface de la Terre.

1) ​\(E_p=E_m \) ​
2) \(E_p>E_m \)
3) \(E_p 4) \(E_p\geq E_m \)

3. Le corps est projeté verticalement vers le haut. Son énergie potentielle

1) le même à tout moment du mouvement du corps
2) maximum au moment du début du mouvement
3) maximum en haut de la trajectoire
4) est minime en haut de la trajectoire

4. Comment l'énergie potentielle du ressort changera-t-elle si sa longueur est réduite de 4 fois ?

1) augmentera de 4 fois
2) augmenter de 16 fois
3) diminuera de 4 fois
4) diminuer de 16 fois

5. Une pomme de 150 g posée sur une table de 1 m de haut était surélevée de 10 cm par rapport à la table Quelle était l'énergie potentielle de la pomme par rapport au sol ?

1) 0,15 J
2) 0,165 J
3) 1,5 J
4) 1,65 J

6. La vitesse du corps en mouvement a diminué de 4 fois. Cependant, son énergie cinétique

1) augmenté de 16 fois
2) diminué de 16 fois
3) augmenté de 4 fois
4) diminué de 4 fois

7. Deux corps se déplacent à la même vitesse. La masse du deuxième corps est 3 fois la masse du premier. Dans ce cas, l'énergie cinétique du deuxième corps

1) 9 fois plus
2) 9 fois moins
3) plus de 3 fois
4) 3 fois moins

8. Le corps tombe au sol de la surface de la table de démonstration du professeur. (Ignorer la résistance de l'air.) Énergie cinétique du corps

1) minimum au moment d'atteindre la surface du sol
2) est minime au moment du début du mouvement
3) le même à tout moment du mouvement du corps
4) maximum au moment du début du mouvement

9. Un livre tombé de la table au sol avait une énergie cinétique de 2,4 J au moment où il touchait le sol. La hauteur de la table était de 1,2 m. Quelle est la masse du livre ? Ignorer la résistance de l'air.

1) 0,2 kg
2) 0,288 kg
3) 2,0 kg
4) 2,28 kg

10. À quelle vitesse un corps de masse 200 g doit-il être projeté verticalement de la surface de la Terre vers le haut pour que son énergie potentielle au point le plus élevé du mouvement soit de 0,9 J ? Ignorer la résistance de l'air. L'énergie potentielle du corps est mesurée à partir de la surface de la terre.

1) 0,9 m/s
2) 3,0 m/s
3) 4,5 m/s
4) 9,0 m/s

11. Définissez la correspondance entre la quantité physique (colonne de gauche) et la formule par laquelle elle est calculée (colonne de droite). Dans votre réponse, notez les numéros des réponses sélectionnées dans une rangée.

QUANTITÉ PHYSIQUE
A. Énergie potentielle d'interaction d'un corps avec la Terre
B. Énergie cinétique
B. Énergie potentielle de déformation élastique

CARACTÈRE DU CHANGEMENT ÉNERGÉTIQUE
1) ​\(E=mv^2/2 \) ​
2) \(E=kx^2/2 \)​
3) \(E=mgh\)​

12. La balle est lancée verticalement vers le haut. Établir une correspondance entre l'énergie de la boule (colonne de gauche) et la nature de son évolution (colonne de droite) lorsque le ressort du dynamomètre est tendu. Dans la réponse, notez les numéros des réponses sélectionnées dans une rangée.

QUANTITÉ PHYSIQUE
A. Énergie potentielle
B. Énergie cinétique
B. Énergie mécanique totale

CARACTÈRE DU CHANGEMENT ÉNERGÉTIQUE
1) Diminue
2) Augmenter
3) Ne change pas

Partie 2

13. Une balle d'une masse de 10 g, se déplaçant à une vitesse de 700 m/s, perce une planche de 2,5 cm d'épaisseur et, en quittant la planche, a une vitesse de 300 m/s. Déterminez la force de traînée moyenne agissant sur la balle dans la planche.

Réponses

Le monde qui l'entoure est en mouvement constant. Tout corps (objet) est capable de faire un travail, même s'il est au repos. Mais pour que tout processus ait lieu, faire des efforts, parfois considérable.

Traduit du grec, ce terme signifie "activité", "force", "puissance". Tous les processus sur Terre et au-delà de notre planète se produisent grâce à cette force, qui est possédée par les objets, corps et objets environnants.

En contact avec

Parmi la grande variété, il existe plusieurs types principaux de cette force, qui diffèrent principalement par leurs sources:

  • mécanique - ce type est typique pour les corps se déplaçant dans un plan vertical, horizontal ou autre;
  • thermique - libéré en conséquence molécules désordonnées dans les substances ;
  • – la source de ce type est le mouvement des particules chargées dans les conducteurs et les semi-conducteurs ;
  • lumière - son support est constitué de particules de lumière - photons;
  • nucléaire - résulte de la fission en chaîne spontanée des noyaux d'atomes d'éléments lourds.

Cet article discutera de ce qu'est la force mécanique des objets, de quoi elle consiste, de quoi elle dépend et comment elle se transforme au cours de divers processus.

Grâce à ce type, les objets, les corps peuvent être en mouvement ou au repos. La possibilité de telles activités expliqué par la présence deux composants principaux :

  • cinétique (Ek);
  • potentiel (Fr).

C'est la somme des énergies cinétique et potentielle qui détermine l'indice numérique total de l'ensemble du système. Maintenant, quelles formules sont utilisées pour calculer chacune d'elles et comment l'énergie est mesurée.

Comment calculer l'énergie

L'énergie cinétique est une caractéristique de tout système qui est en mouvement. Mais comment trouver l'énergie cinétique ?

Ce n'est pas difficile à faire, car la formule de calcul de l'énergie cinétique est très simple :

La valeur spécifique est déterminée par deux paramètres principaux : la vitesse du corps (V) et sa masse (m). Plus ces caractéristiques sont grandes, plus la valeur du phénomène décrit est le système.

Mais si l'objet ne bouge pas (c'est-à-dire v = 0), alors l'énergie cinétique est nulle.

Énergie potentielle – est une caractéristique qui dépend de positions et coordonnées des corps.

Tout corps est soumis à la gravité et à l'influence des forces élastiques. Une telle interaction des objets les uns avec les autres est observée partout, de sorte que les corps sont en mouvement constant, changeant leurs coordonnées.

Il a été établi que plus l'objet est haut par rapport à la surface de la terre, plus sa masse est grande, plus l'indicateur de cette taille qu'il a.

Ainsi, l'énergie potentielle dépend de la masse (m), de la hauteur (h). La valeur g est l'accélération de la chute libre égale à 9,81 m/s2. La fonction de calcul de sa valeur quantitative ressemble à ceci :

L'unité de mesure de cette grandeur physique dans le système SI est joule (1J). C'est la force nécessaire pour déplacer le corps de 1 mètre, tout en appliquant une force de 1 newton.

Important! Le joule comme unité de mesure a été approuvé lors du Congrès international des électriciens, qui s'est tenu en 1889. Jusqu'alors, l'étalon de mesure était l'unité thermique britannique BTU, actuellement utilisée pour déterminer la puissance des installations thermiques.

Fondamentaux de la conservation et de la transformation

Il est connu des bases de la physique que la force totale de tout objet, quels que soient le temps et le lieu de son séjour, reste toujours une valeur constante, seules ses composantes constantes (Ep) et (Ek) sont transformées.

Le passage de l'énergie potentielle à l'énergie cinétique et vice versa se produit sous certaines conditions.

Par exemple, si un objet ne bouge pas, alors son énergie cinétique est nulle, seule la composante potentielle sera présente dans son état.

Et inversement, quelle est l'énergie potentielle de l'objet, par exemple, lorsqu'il est en surface (h=0) ? Bien sûr, il est nul et E du corps ne sera constitué que de sa composante Ek.

Mais l'énergie potentielle est puissance motrice. Il suffit que le système s'élève à une certaine hauteur, après Quel son Ep commencera immédiatement à augmenter, et Ek d'une telle valeur, respectivement, diminuera. Ce modèle est observé dans les formules (1) et (2) ci-dessus.

Pour plus de clarté, nous donnerons un exemple avec une pierre ou une balle qui est lancée. Pendant le vol, chacun d'eux possède à la fois une composante potentielle et une composante cinétique. Si l'un augmente, l'autre diminue du même montant.

Le vol ascendant des objets ne se poursuit que tant qu'il y a suffisamment de réserve et de force pour la composante de mouvement Ek. Dès qu'elle est sèche, la chute commence.

Mais quelle est l'énergie potentielle des objets au point le plus élevé, c'est facile à deviner, c'est maximum.

Quand ils tombent, c'est l'inverse qui se produit. En touchant le sol, le niveau d'énergie cinétique est égal au maximum.

ÉNERGIE CINÉTIQUE

ÉNERGIE CINÉTIQUE, l'énergie que possède un objet en mouvement. L'obtient en commençant à bouger. Dépend de la masse () de l'objet et de sa vitesse ( v), selon l'égalité : K. e. = 1/2 m.v. 2. Lors de l'impact, il est converti en une autre forme d'énergie, telle que la chaleur, le son ou la lumière. voir égalementÉNERGIE POTENTIELLE.

Énergie cinétique. Un camion en mouvement a de l'énergie cinétique (A). Afin d'augmenter sa vitesse, il doit être alimenté en énergie supplémentaire, suffisante pour surmonter les frottements et la résistance de l'air, et augmenter la vitesse. Afin de réduire l'énergie cinétique d'un camion, l'énergie cinétique nécessaire pour que l'énergie cinétique soit convertie en énergie thermique des freins et des pneus (B), L'énergie cinétique d'un camion chargé se déplaçant à la même vitesse sera plus grande en raison à la plus grande masse (C) et il faut plus de force de freinage pour gaspiller de l'énergie cinétique et s'arrêter à la même distance qu'un camion déchargé.


Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique.

Énergie cinétique d'un système mécanique est l'énergie du mouvement mécanique de ce système.

Force F, agissant sur un corps au repos et provoquant son mouvement, travaille, et l'énergie du corps en mouvement augmente de la quantité de travail dépensé. Ainsi le travail dA force F sur le chemin que le corps a parcouru lors de l'augmentation de la vitesse de 0 à v, va augmenter l'énergie cinétique dT corps, c'est-à-dire

Utilisation de la deuxième loi de Newton F=md v/dt

et en multipliant les deux côtés de l'égalité par le déplacement d r, on a

F ré r=m(d v/dt)dr=dA

Ainsi, un corps de masse T, se déplaçant à grande vitesse v, a de l'énergie cinétique

T = tv 2 /2. (12.1)

D'après la formule (12.1), on peut voir que l'énergie cinétique ne dépend que de la masse et de la vitesse du corps, c'est-à-dire que l'énergie cinétique du système est fonction de l'état de son mouvement.

Lors de la dérivation de la formule (12.1), on a supposé que le mouvement est considéré dans un référentiel inertiel, car sinon il serait impossible d'utiliser les lois de Newton. Dans différents référentiels inertiels se déplaçant les uns par rapport aux autres, la vitesse du corps, et donc son énergie cinétique, seront différentes. Ainsi, l'énergie cinétique dépend du choix du référentiel.

Énergie potentielle -énergie mécanique d'un système de corps, déterminée par leur arrangement mutuel et la nature des forces d'interaction entre eux.

Laissez l'interaction des corps s'effectuer à travers des champs de force (par exemple, des champs de forces élastiques, des champs de forces gravitationnelles), caractérisés par le fait que le travail effectué par les forces agissantes lors du déplacement du corps d'une position à une autre ne dépend pas sur quelle trajectoire ce mouvement s'est produit, et ne dépend que des positions de début et de fin. De tels champs sont appelés potentiel et les forces qui agissent en eux - conservateur. Si le travail effectué par la force dépend de la trajectoire du corps se déplaçant d'un point à un autre, alors une telle force est appelée dissipatif; son exemple est la force de frottement.

Le corps, étant dans un champ de forces potentiel, possède une énergie potentielle II. Le travail des forces conservatrices avec un changement élémentaire (infiniment petit) dans la configuration du système est égal à l'incrément d'énergie potentielle, pris avec un signe moins, puisque le travail est effectué en raison d'une diminution de l'énergie potentielle :

Emploi d MAIS exprimé comme le produit scalaire de la force F déménager d r et l'expression (12.2) peut s'écrire

F ré r= -dP. (12.3)

Par conséquent, si la fonction П( r), alors à partir de la formule (12.3) on peut trouver la force F modulo et direction.

L'énergie potentielle peut être déterminée à partir de (12.3) comme

où C est la constante d'intégration, c'est-à-dire que l'énergie potentielle est déterminée jusqu'à une constante arbitraire. Ceci, cependant, n'affecte pas les lois physiques, puisqu'elles incluent soit la différence des énergies potentielles dans deux positions du corps, soit la dérivée de P par rapport aux coordonnées. Par conséquent, l'énergie potentielle du corps dans une certaine position est considérée comme égale à zéro (le niveau de référence zéro est choisi) et l'énergie du corps dans d'autres positions est comptée par rapport au niveau zéro. Pour les forces conservatrices

ou sous forme vectorielle

F=-gradП, (12.4) où

(je, j, k sont les vecteurs unitaires des axes de coordonnées). Le vecteur défini par l'expression (12.5) est appelé gradient scalaire P.

Pour cela, avec la désignation grad П, la désignation П est également utilisée.  ("nabla") désigne un vecteur symbolique appelé opérateurHamilton ou opérateur nabla :

La forme spécifique de la fonction P dépend de la nature du champ de force. Par exemple, l'énergie potentielle d'un corps de masse T,élevé à une hauteur h au-dessus de la surface de la terre est

P = mgh,(12.7)

où est la hauteur h est mesurée à partir du niveau zéro, pour lequel P 0 = 0. L'expression (12.7) découle directement du fait que l'énergie potentielle est égale au travail de gravité lorsqu'un corps tombe d'une hauteur hà la surface de la terre.

Puisque l'origine est choisie arbitrairement, l'énergie potentielle peut avoir une valeur négative (l'énergie cinétique est toujours positive. !} Si l'on prend comme nulle l'énergie potentielle d'un corps se trouvant à la surface de la Terre, alors l'énergie potentielle d'un corps situé au fond de la mine (profondeur h"), P = - mg".

Trouvons l'énergie potentielle d'un corps élastiquement déformé (ressort). La force élastique est proportionnelle à la déformation :

F X ex = -kx,

où F X ex - projection de la force élastique sur l'axe X;k- coefficient d'élasticité(pour le printemps - rigidité), et le signe moins indique que F X ex dirigé dans le sens opposé à la déformation X.

Selon la troisième loi de Newton, la force déformante est égale en valeur absolue à la force élastique et est dirigée à l'opposé de celle-ci, c'est-à-dire

F X =-F X ex =kx travail élémentaire da, effectué par la force F x à une déformation infiniment petite dx, est égal à

dA = F X dx=kxdx,

un travail complet

va augmenter l'énergie potentielle du ressort. Ainsi, l'énergie potentielle d'un corps élastiquement déformé

P =kx 2 /2.

L'énergie potentielle d'un système, comme l'énergie cinétique, est fonction de l'état du système. Elle ne dépend que de la configuration du système et de sa position par rapport aux corps extérieurs.

Energie mécanique totale du système- énergie de mouvement mécanique et d'interaction :

c'est-à-dire égale à la somme des énergies cinétique et potentielle.