100 sposobów na schudnięcie 

Energie kinetyczne i potencjalne. Energia kinetyczna spoczynku Jak znaleźć energię kinetyczną formuły ciała

Podstawowe informacje teoretyczne

Praca mechaniczna

Na podstawie koncepcji wprowadzane są charakterystyki energetyczne ruchu praca mechaniczna lub praca siłowa,... Praca wykonana stałą siłą F, nazywana jest wielkością fizyczną równą iloczynowi modułów siły i przemieszczenia pomnożonego przez cosinus kąta między wektorami siły F i w ruchu S:

Praca jest skalarem. Może być zarówno dodatni (0 ° ≤ α < 90°), так и отрицательна (90° < α ≤ 180 °). Na α = 90 ° praca wykonana siłą wynosi zero. W SI pracę mierzy się w dżulach (J). Dżul jest równy pracy wykonanej przez siłę 1 niutona podczas ruchu o 1 metr w kierunku siły.

Jeśli siła zmienia się w czasie, aby znaleźć pracę, budują wykres zależności siły od przemieszczenia i znajdują obszar figury pod wykresem - to jest praca:

Przykładem siły, której moduł zależy od współrzędnej (przemieszczenia) jest siła sprężystości sprężyny, która jest zgodna z prawem Hooke'a ( F kontrola = kx).

Moc

Praca siły wykonywana na jednostkę czasu nazywa się moc... Moc P(czasami oznaczane literą n) Czy wielkość fizyczna jest równa stosunkowi pracy A według przedziału czasu T podczas których praca ta została zakończona:

Ta formuła służy do obliczania Średnia moc, tj. moc charakteryzująca proces w ogóle. Tak więc pracę można również wyrazić w kategoriach mocy: A = Pt(o ile oczywiście nie są znane moc i czas dzieła). Jednostką mocy jest wat (W) lub 1 dżul na sekundę. Jeśli ruch jest jednolity, to:

Za pomocą tej formuły możemy obliczyć natychmiastowa moc(moc w danym czasie), jeśli zamiast prędkości do wzoru podstawimy wartość prędkości chwilowej. Skąd wiesz, jaką moc liczyć? Jeśli problem zostanie poproszony o moc w danej chwili lub w pewnym momencie w przestrzeni, uważa się, że jest on natychmiastowy. Jeśli zostaniesz zapytany o moc na określony czas lub odcinek ścieżki, poszukaj mocy średniej.

Wydajność - współczynnik wydajności, jest równy stosunkowi pracy użytecznej do wydatkowanej lub mocy użytecznej do wydatkowanej:

Jaki rodzaj pracy jest użyteczny i co jest wydawane, określa się na podstawie warunków konkretnego problemu za pomocą logicznego rozumowania. Na przykład, jeśli dźwig wykonuje pracę przy podnoszeniu ładunku na określoną wysokość, to praca podnoszenia ładunku przyda się (ponieważ dźwig został do tego stworzony), a praca wydatkowana to praca wykonana przez silnik elektryczny dźwigu .

Tak więc użyteczna i wydatkowana moc nie ma ścisłej definicji i znajduje się w logicznym rozumowaniu. W każdym zadaniu sami musimy ustalić, jaki był w tym zadaniu cel wykonania pracy (praca użyteczna lub moc), a jaki był mechanizm lub sposób wykonania całej pracy (władza wydatkowana lub praca).

Ogólnie rzecz biorąc, wydajność pokazuje, jak skutecznie mechanizm przekształca jeden rodzaj energii w inny. Jeśli moc zmienia się w czasie, to praca znajduje się jako obszar figury pod wykresem mocy w funkcji czasu:

Energia kinetyczna

Fizyczną wielkość równą połowie iloczynu masy ciała przez kwadrat jego prędkości nazywamy energia kinetyczna ciała (energia ruchu):

Oznacza to, że jeśli samochód o masie 2000 kg porusza się z prędkością 10 m / s, to ma energię kinetyczną równą mi k = 100 kJ i jest w stanie wykonać pracę 100 kJ. Energia ta może zostać zamieniona na ciepło (podczas hamowania samochodu nagrzewają się opony, jezdnia i tarcze hamulcowe) lub może być wykorzystana na deformację samochodu i karoserii, z którą samochód się zderzył (w wypadku). Przy obliczaniu energii kinetycznej nie ma znaczenia, dokąd jedzie samochód, ponieważ energia, podobnie jak praca, jest wielkością skalarną.

Ciało ma energię, jeśli może pracować. Na przykład poruszające się ciało ma energię kinetyczną, tj. energię ruchu i jest zdolny do wykonywania prac nad deformacją ciał lub nadania przyspieszenia ciałom, z którymi następuje kolizja.

Fizyczne znaczenie energii kinetycznej: aby ciało w spoczynku o masie m zaczął poruszać się z prędkością v konieczne jest wykonanie pracy równej uzyskanej wartości energii kinetycznej. Jeśli masa ciała m porusza się z prędkością v, to aby go zatrzymać, należy wykonać pracę równą jego początkowej energii kinetycznej. Podczas hamowania energia kinetyczna jest głównie (poza przypadkami zderzeń, kiedy energia idzie na odkształcenie) „przejmowana” przez siłę tarcia.

Twierdzenie o energii kinetycznej: praca siły wypadkowej jest równa zmianie energii kinetycznej ciała:

Twierdzenie o energii kinetycznej obowiązuje również w ogólnym przypadku, gdy ciało porusza się pod działaniem zmieniającej się siły, której kierunek nie pokrywa się z kierunkiem przemieszczenia. Wygodne jest zastosowanie tego twierdzenia w problemach przyspieszania i zwalniania ciała.

Energia potencjalna

Wraz z energią kinetyczną lub energią ruchu w fizyce ważną rolę odgrywa pojęcie energia potencjalna lub energia oddziaływania ciał.

Energia potencjalna jest określona przez wzajemne położenie ciał (na przykład położenie ciała względem powierzchni Ziemi). Pojęcie energii potencjalnej można wprowadzić tylko dla sił, których praca nie zależy od trajektorii ciała i jest zdeterminowana jedynie położeniem początkowym i końcowym (tzw. siły konserwatywne). Praca takich sił na zamkniętej trajektorii wynosi zero. Tę właściwość posiada siła grawitacji i siła sprężystości. Dla tych sił można wprowadzić pojęcie energii potencjalnej.

Energia potencjalna ciała w polu grawitacyjnym Ziemi obliczona według wzoru:

Fizyczne znaczenie energii potencjalnej ciała: energia potencjalna jest równa pracy wykonanej przez siłę grawitacji, gdy ciało jest opuszczone do poziomu zerowego ( h Jest to odległość od środka ciężkości ciała do poziomu zerowego). Jeśli ciało ma energię potencjalną, to jest zdolne do wykonywania pracy, gdy to ciało spada z wysokości. h do zera. Praca grawitacji jest równa zmianie energii potencjalnej ciała, przyjmowanej z przeciwnym znakiem:

Często w zadaniach energetycznych trzeba znaleźć pracę, aby podnieść (przewrócić, wydostać się z dołu) ciało. We wszystkich tych przypadkach należy brać pod uwagę ruch nie samego ciała, ale tylko jego środka ciężkości.

Energia potencjalna Ep zależy od wyboru poziomu zerowego, czyli od wyboru początku osi OY. W każdym zadaniu dla wygody wybierany jest poziom zerowy. Fizycznym znaczeniem nie jest sama energia potencjalna, ale jej zmiana, gdy ciało przechodzi z jednej pozycji do drugiej. Zmiana ta jest niezależna od wyboru poziomu zerowego.

Energia potencjalna rozciągniętej sprężyny obliczona według wzoru:

gdzie: k- sztywność sprężyny. Rozciągnięta (lub ściśnięta) sprężyna jest w stanie wprawić w ruch przymocowane do niej ciało, to znaczy przekazać temu ciału energię kinetyczną. W konsekwencji taka sprężyna ma zapas energii. Rozciąganie lub wyciskanie x trzeba liczyć na niezdeformowany stan ciała.

Energia potencjalna ciała odkształconego sprężyście jest równa pracy siły sprężystej podczas przejścia z danego stanu do stanu z zerowym odkształceniem. Jeżeli w stanie początkowym sprężyna była już zdeformowana, a jej wydłużenie było równe x 1, następnie po przejściu do nowego stanu z wydłużeniem x 2, siła sprężystości wykona pracę równą zmianie energii potencjalnej, przyjmowanej z przeciwnym znakiem (ponieważ siła sprężystości jest zawsze skierowana przeciwko deformacji ciała):

Energia potencjalna podczas odkształcenia sprężystego to energia wzajemnego oddziaływania poszczególnych części ciała przez siły sprężyste.

Praca siły tarcia zależy od przebytej drogi (ten rodzaj siły, którego praca zależy od trajektorii i przebytej drogi nazywamy: siły rozpraszające). Nie można wprowadzić pojęcia energii potencjalnej dla siły tarcia.

Efektywność

Współczynnik wydajności (COP)- charakterystyka sprawności systemu (urządzenia, maszyny) w odniesieniu do przetwarzania lub przesyłania energii. Jest to określane przez stosunek użytej energii użytej do całkowitej ilości energii otrzymanej przez system (wzór został już podany powyżej).

Wydajność można obliczyć zarówno pod względem pracy, jak i mocy. Użyteczną i wydatkową pracę (moc) zawsze określa proste logiczne rozumowanie.

W silnikach elektrycznych sprawność to stosunek wykonanej (użytecznej) pracy mechanicznej do energii elektrycznej otrzymanej ze źródła. W silnikach cieplnych stosunek użytecznej pracy mechanicznej do ilości wydatkowanego ciepła. W transformatorach elektrycznych stosunek energii elektromagnetycznej otrzymanej w uzwojeniu wtórnym do energii zużytej w uzwojeniu pierwotnym.

Pojęcie sprawności ze względu na swoją ogólność umożliwia porównanie i ocenę z jednego punktu widzenia różnych systemów, takich jak reaktory jądrowe, generatory i silniki elektryczne, elektrownie cieplne, urządzenia półprzewodnikowe, obiekty biologiczne itp.

Z powodu nieuniknionej utraty energii w wyniku tarcia, nagrzewania otaczających ciał itp. Wydajność jest zawsze mniejsza niż jeden. W związku z tym sprawność wyrażona jest jako ułamek zużytej energii, to znaczy w postaci prawidłowego ułamka lub w procentach i jest wielkością bezwymiarową. Wydajność charakteryzuje wydajność pracy maszyny lub mechanizmu. Sprawność elektrociepłowni sięga 35-40%, silniki spalinowe z dociążaniem i chłodzeniem wstępnym - 40-50%, prądnice i generatory dużej mocy - 95%, transformatory - 98%.

Problem, w którym trzeba znaleźć skuteczność lub wiadomo, trzeba zacząć od logicznego rozumowania – która praca jest przydatna, a która jest wydatkowana.

Prawo zachowania energii mechanicznej

Pełna energia mechaniczna sumę energii kinetycznej (czyli energii ruchu) i potencjalnej (czyli energii oddziaływania ciał siłami grawitacji i sprężystości) nazywamy:

Jeżeli energia mechaniczna nie przekształca się w inne formy, na przykład w energię wewnętrzną (cieplną), to suma energii kinetycznej i potencjalnej pozostaje niezmieniona. Jeżeli energia mechaniczna zamienia się w energię cieplną, to zmiana energii mechanicznej jest równa pracy siły tarcia lub strat energii, lub ilości uwolnionego ciepła itd., innymi słowy, zmiana całkowitej energii mechanicznej jest równa równa pracy sił zewnętrznych:

Suma energii kinetycznej i potencjalnej ciał tworzących układ zamknięty (tj. taki, w którym nie działają siły zewnętrzne, a ich praca jest odpowiednio równa zeru) oraz sił grawitacji i sił sprężystych oddziałujących z nimi wzajemnie, pozostaje bez zmian:

To oświadczenie wyraża prawo zachowania energii (EWG) w procesach mechanicznych... Jest to konsekwencja praw Newtona. Prawo zachowania energii mechanicznej jest spełnione tylko wtedy, gdy ciała w układzie zamkniętym oddziałują na siebie siłami sprężystości i grawitacji. We wszystkich problemach prawa zachowania energii zawsze będą istniały co najmniej dwa stany układu ciał. Prawo mówi, że całkowita energia pierwszego stanu będzie równa całkowitej energii drugiego stanu.

Algorytm rozwiązywania problemów z prawa zachowania energii:

  1. Znajdź punkty początkowej i końcowej pozycji ciała.
  2. Zapisz jakie lub jakie energie ma ciało w tych punktach.
  3. Wyrównaj początkową i końcową energię ciała.
  4. Dodaj inne wymagane równania z poprzednich tematów fizyki.
  5. Rozwiąż powstałe równanie lub układ równań za pomocą metod matematycznych.

Należy zauważyć, że prawo zachowania energii mechanicznej umożliwiło uzyskanie związku między współrzędnymi i prędkościami ciała w dwóch różnych punktach trajektorii bez analizowania prawa ruchu ciała we wszystkich punktach pośrednich. Zastosowanie prawa zachowania energii mechanicznej może znacznie uprościć rozwiązywanie wielu problemów.

W rzeczywistych warunkach prawie zawsze, wraz z siłami grawitacji, siłami sprężystości i innymi siłami, na poruszające się ciała działają siły tarcia lub oporu ośrodka. Praca siły tarcia zależy od długości drogi.

Jeśli między ciałami tworzącymi układ zamknięty działają siły tarcia, energia mechaniczna nie jest zachowana. Część energii mechanicznej zamieniana jest na energię wewnętrzną ciał (ogrzewanie). W ten sposób energia jako całość (tj. Nie tylko mechaniczna) jest zachowana w każdym przypadku.

W żadnej fizycznej interakcji energia nie powstaje ani nie znika. Przekształca się tylko z jednej formy w drugą. Ten eksperymentalnie ustalony fakt wyraża podstawowe prawo natury - prawo zachowania i transformacji energii.

Jedną z konsekwencji prawa zachowania i transformacji energii jest stwierdzenie o niemożności stworzenia „perpetuum mobile” – maszyny, która mogłaby wykonywać pracę w nieskończoność bez wydawania energii.

Różne zadania do pracy

Jeśli potrzebujesz znaleźć pracę mechaniczną w zadaniu, najpierw wybierz metodę jej znalezienia:

  1. Ofertę pracy można znaleźć według wzoru: A = FS cos α ... Znajdź siłę wykonującą pracę i wielkość ruchu ciała pod działaniem tej siły w wybranym układzie odniesienia. Zauważ, że kąt musi być wybrany pomiędzy wektorami siły i przemieszczenia.
  2. Działanie siły zewnętrznej można znaleźć jako różnicę energii mechanicznej w sytuacji końcowej i początkowej. Energia mechaniczna jest równa sumie energii kinetycznej i potencjalnej ciała.
  3. Pracę podnoszenia ciała ze stałą prędkością można znaleźć wzorem: A = mgh, gdzie h- wysokość na jaką się wznosi środek ciężkości ciała.
  4. Pracę można znaleźć jako iloczyn siły i czasu, tj. według wzoru: A = Pt.
  5. Pracę można znaleźć jako pole powierzchni figury pod wykresem siły w funkcji przemieszczenia lub mocy w funkcji czasu.

Zasada zachowania energii i dynamika ruchu obrotowego

Zadania z tego tematu są dość skomplikowane matematycznie, ale jeśli znasz podejście, są one rozwiązywane według całkowicie standardowego algorytmu. We wszystkich problemach będziesz musiał brać pod uwagę obrót ciała w płaszczyźnie pionowej. Rozwiązanie sprowadza się do następującej sekwencji działań:

  1. Konieczne jest określenie interesującego Cię punktu (punktu, w którym konieczne jest określenie prędkości ciała, siły naciągu nici, ciężaru itd.).
  2. Zapisz w tym momencie drugie prawo Newtona, biorąc pod uwagę, że ciało się obraca, czyli ma przyspieszenie dośrodkowe.
  3. Zapisz prawo zachowania energii mechanicznej, aby zawierało prędkość ciała w tym bardzo interesującym punkcie, a także charakterystykę stanu ciała w jakimś stanie, o którym coś wiadomo.
  4. W zależności od warunku wyraż prędkość do kwadratu z jednego równania i zastąp je innym.
  5. Wykonaj resztę niezbędnych operacji matematycznych, aby uzyskać ostateczny wynik.

Rozwiązując problemy należy pamiętać, że:

  • Warunkiem przejścia przez górny punkt przy obrocie na gwincie z minimalną prędkością jest siła reakcji podpory n w górnym punkcie wynosi 0. Ten sam warunek jest spełniony przy przejściu przez górny punkt martwej pętli.
  • Podczas obracania się na pręcie warunek przejścia całego koła: minimalna prędkość w górnym punkcie wynosi 0.
  • Warunkiem oddzielenia ciała od powierzchni kuli jest to, aby siła reakcji podpory w miejscu oddzielenia była równa zeru.

Zderzenia niesprężyste

Prawo zachowania energii mechanicznej i prawo zachowania pędu pozwalają znaleźć rozwiązania problemów mechanicznych w przypadkach, gdy działające siły są nieznane. Przykładem tego rodzaju problemu jest oddziaływanie uderzeniowe ciał.

Przez uderzenie (lub kolizję) zwyczajowo nazywa się krótkotrwałą interakcję ciał, w wyniku której ich prędkości ulegają znaczącym zmianom. Podczas zderzenia ciał między nimi działają krótkotrwałe siły uderzenia, których wielkość z reguły jest nieznana. Dlatego nie jest możliwe bezpośrednie rozważenie oddziaływania uderzeniowego za pomocą praw Newtona. Zastosowanie zasad zachowania energii i pędu w wielu przypadkach umożliwia wyłączenie z rozważań samego procesu zderzenia i uzyskanie zależności między prędkościami ciał przed i po zderzeniu, z pominięciem wszystkich wartości pośrednich tych wielkości .

Oddziaływanie uderzeniowe ciał często musi być rozpatrywane w życiu codziennym, w technologii i fizyce (zwłaszcza w fizyce atomu i cząstek elementarnych). W mechanice często stosuje się dwa modele oddziaływania uderzeniowego - absolutnie elastyczne i absolutnie nieelastyczne uderzenia.

Z całkowicie nieelastycznym uderzeniem nazywa się taką interakcją uderzeniową, w której ciała są połączone (sklejają się) ze sobą i poruszają się jako jedno ciało.

Przy całkowicie niesprężystym uderzeniu energia mechaniczna nie jest zachowywana. Przechodzi częściowo lub całkowicie w energię wewnętrzną ciał (ogrzewanie). Aby opisać jakiekolwiek wstrząsy, należy spisać zarówno prawo zachowania pędu, jak i prawo zachowania energii mechanicznej z uwzględnieniem wydzielanego ciepła (wysoce pożądane jest wcześniejsze wykonanie rysunku).

Absolutnie odporny wpływ

Absolutnie odporny wpływ nazywa się zderzenie, w którym zachowana jest energia mechaniczna układu ciał. W wielu przypadkach zderzenia atomów, cząsteczek i cząstek elementarnych podlegają prawom absolutnie elastycznego uderzenia. Przy oddziaływaniu absolutnie sprężystym, wraz z prawem zachowania pędu, spełnione jest prawo zachowania energii mechanicznej. Prostym przykładem zderzenia doskonale sprężystego jest centralne uderzenie dwóch kul bilardowych, z których jedna przed zderzeniem była w spoczynku.

Środkowy cios kule zwane zderzeniami, w których prędkość kulek przed i po uderzeniu jest skierowana wzdłuż linii środków. Wykorzystując zatem prawa zachowania energii mechanicznej i pędu, można wyznaczyć prędkości kul po zderzeniu, jeśli znane są ich prędkości przed zderzeniem. Oddziaływanie centralne jest bardzo rzadko realizowane w praktyce, zwłaszcza jeśli chodzi o zderzenia atomów lub cząsteczek. W przypadku zderzenia sprężystego poza środkiem, prędkości cząstek (kulek) przed i po zderzeniu nie są skierowane wzdłuż jednej linii prostej.

Szczególnym przypadkiem uderzenia sprężystego poza środkiem może być zderzenie dwóch kul bilardowych o tej samej masie, z których jedna była nieruchoma przed zderzeniem, a prędkość drugiej była skierowana nie wzdłuż linii środków kul . W tym przypadku wektory prędkości kulek po zderzeniu sprężystym są zawsze skierowane do siebie prostopadle.

Prawa ochronne. Wymagające zadania

Wiele ciał

W niektórych problemach z prawa zachowania energii kable, za pomocą których poruszane są niektóre obiekty, mogą mieć masę (tzn. nie być nieważkie, do czego można się już przyzwyczaić). W tym przypadku należy również wziąć pod uwagę pracę związaną z przesuwaniem takich kabli (a mianowicie ich środki ciężkości).

Jeśli dwa ciała połączone nieważkim prętem obracają się w płaszczyźnie pionowej, to:

  1. wybierz zerowy poziom do obliczenia energii potencjalnej, na przykład na poziomie osi obrotu lub na poziomie najniższego punktu, w którym znajduje się jeden z odważników i wykonaj rysunek;
  2. wypisz prawo zachowania energii mechanicznej, w którym po lewej stronie zapisana jest suma energii kinetycznej i potencjalnej obu ciał w sytuacji wyjściowej, a w sytuacji końcowej suma energii kinetycznej i potencjalnej obu ciał jest zapisany po prawej stronie;
  3. weź pod uwagę, że prędkości kątowe ciał są takie same, to prędkości liniowe ciał są proporcjonalne do promieni obrotu;
  4. jeśli to konieczne, zapisz drugie prawo Newtona dla każdego z ciał oddzielnie.

Rozerwanie pocisku

W przypadku wybuchu pocisku uwalniana jest energia wybuchu. Aby znaleźć tę energię, konieczne jest odjęcie energii mechanicznej pocisku przed wybuchem od sumy energii mechanicznych fragmentów po wybuchu. Wykorzystamy również prawo zachowania pędu zapisane w postaci twierdzenia cosinusów (metoda wektorowa) lub w postaci rzutów na wybrane osie.

Zderzenia ciężkich płyt

Wpuść w kierunku ciężkiej płyty, która porusza się z dużą prędkością v, lekka kula o masie m z prędkością ty n. Ponieważ pęd kuli jest znacznie mniejszy niż pęd płyty, to po uderzeniu prędkość płyty nie zmieni się i będzie nadal poruszać się z tą samą prędkością iw tym samym kierunku. W wyniku sprężystego uderzenia kulka odleci z płyty. Ważne jest, aby zrozumieć tutaj, że prędkość kuli względem płyty nie zmieni się... W tym przypadku dla końcowej prędkości piłki otrzymujemy:

W ten sposób prędkość piłki po uderzeniu jest dwukrotnie większa niż prędkość ściany. Podobne rozumowanie w przypadku, gdy kula i płyta poruszały się w tym samym kierunku przed uderzeniem, prowadzi do wyniku, zgodnie z którym prędkość kuli zmniejsza się dwukrotnie w stosunku do prędkości ściany:

Problemy z maksymalnymi i minimalnymi wartościami energii zderzających się kulek

W tego typu problemach najważniejsze jest zrozumienie, że energia potencjalna odkształcenia sprężystego kulek jest maksymalna, jeśli energia kinetyczna ich ruchu jest minimalna - wynika to z prawa zachowania energii mechanicznej. Suma energii kinetycznych kul jest minimalna w momencie, gdy prędkości kul są tej samej wielkości i skierowane w tym samym kierunku. W tym momencie względna prędkość kulek wynosi zero, a odkształcenie i związana z nim energia potencjalna są maksymalne.

  • Plecy
  • Do przodu

Jak skutecznie przygotować się do tomografii komputerowej z fizyki i matematyki?

Aby pomyślnie przygotować się do CT z fizyki i matematyki, między innymi, muszą być spełnione trzy ważne warunki:

  1. Poznaj wszystkie tematy i wypełnij wszystkie testy i zadania podane w materiałach szkoleniowych na tej stronie. Aby to zrobić, nie potrzebujesz w ogóle niczego, a mianowicie: codziennie od trzech do czterech godzin na przygotowanie się do CT z fizyki i matematyki, studiowanie teorii i rozwiązywanie problemów. Faktem jest, że CT to egzamin, na którym nie wystarczy tylko znać fizykę czy matematykę, trzeba też umieć szybko i bezbłędnie rozwiązać wiele problemów o różnej tematyce io różnym stopniu złożoności. Tej ostatniej można się nauczyć jedynie rozwiązując tysiące problemów.
  2. Naucz się wszystkich wzorów i praw w fizyce oraz wzorów i metod w matematyce. W rzeczywistości jest to również bardzo proste, w fizyce jest tylko około 200 niezbędnych wzorów, a w matematyce nawet trochę mniej. W każdym z tych przedmiotów istnieje około tuzina standardowych metod rozwiązywania problemów o podstawowym poziomie złożoności, które są również całkiem możliwe do nauczenia, a zatem całkowicie automatycznie i bez trudności, we właściwym czasie, rozwiązują większość CG. Potem będziesz musiał myśleć tylko o najtrudniejszych zadaniach.
  3. Weź udział we wszystkich trzech próbach z fizyki i matematyki. Każdy RT można odwiedzić dwukrotnie, aby rozwiązać obie opcje. Ponownie w CT oprócz umiejętności szybkiego i sprawnego rozwiązywania problemów oraz znajomości formuł i metod niezbędna jest również umiejętność odpowiedniego rozplanowania czasu, rozłożenia sił, a co najważniejsze wypełnienia formularza odpowiedzi poprawnie, nie myląc ani liczby odpowiedzi i zadań, ani własnego nazwiska. Również podczas RT ważne jest, aby przyzwyczaić się do stylu zadawania pytań w zadaniach, które na tomografii komputerowej mogą wydawać się bardzo nietypowe dla osoby nieprzygotowanej.

Pomyślne, rzetelne i odpowiedzialne wypełnianie tych trzech punktów, a także odpowiedzialne opracowanie końcowych testów treningowych, pozwoli Ci wykazać się doskonałymi wynikami na CT, maksymalnymi, do jakich jesteś zdolny.

Znalazłeś błąd?

Jeśli, jak Ci się wydaje, znalazłeś błąd w materiałach szkoleniowych, napisz o tym na e-mail (). W liście wskaż przedmiot (fizyka lub matematyka), tytuł lub numer tematu lub testu, numer problemu lub miejsce w tekście (stronie), gdzie Twoim zdaniem wystąpił błąd. Opisz również, na czym polega rzekomy błąd. Twój list nie pozostanie niezauważony, błąd zostanie albo naprawiony, albo zostaniesz wyjaśniony, dlaczego to nie jest błąd.

A4. Jakie zmiany zauważa osoba w dźwięku wraz ze wzrostem częstotliwości drgań fali dźwiękowej?
1) Podnoszenie tonacji
2) Obniżenie wysokości dźwięku
3) Zwiększ głośność
4) Zmniejsz głośność

A5. Odległości od dwóch spójnych źródeł fal do punktu M są równe a i b. Różnica faz oscylacji źródeł jest równa zeru, długość fali jest równa l. Jeśli promieniuje tylko jedno źródło fal, to amplituda oscylacji cząstek ośrodka w punkcie M jest równa A1, jeśli tylko drugie, to - A2. Jeżeli różnica między drogami fal a - b = 3l / 2, to w punkcie M amplituda całkowitych oscylacji cząstek ośrodka wynosi
1) jest równe zero 2) jest równe | A1 - A2 | 3) jest równe | A1 + A2 |
4) okresowo zmienia się w czasie

A6. Wybierz prawidłowe stwierdzenie.
O. Na podstawie eksperymentów Faradaya dotyczących badania indukcji elektromagnetycznej Maxwell teoretycznie przewidział istnienie fal elektromagnetycznych.
B. Na podstawie teoretycznych przewidywań Maxwella Hertz odkrył eksperymentalnie fale elektromagnetyczne.
C. Na podstawie eksperymentów Hertza dotyczących badania fal elektromagnetycznych Maxwell stworzył teorię ich propagacji w próżni.
1) Tylko A i B 2) Tylko A i C 3) Tylko B i C 4) I A, i B i C

A7. Które stwierdzenie jest poprawne?
W teorii pola elektromagnetycznego Maxwella
A - zmienne pole elektryczne wytwarza wirowe pole magnetyczne
B - zmienne pole magnetyczne wytwarza wirowe pole elektryczne

A8. Jedno laboratorium naukowe wykorzystuje akcelerator liniowy do przyspieszania naładowanych cząstek, a drugie wykorzystuje cyklotron, w którym cząstki są przyspieszane po trajektorii spiralnej. Które laboratorium powinno brać pod uwagę możliwość promieniowania elektromagnetycznego niebezpiecznego dla ludzi.
1) Tylko w pierwszym 2) Tylko w drugim 3) W obu laboratoriach
4) Żadne z laboratoriów

A9. Które stwierdzenie jest poprawne?
Promieniowanie fal elektromagnetycznych występuje, gdy
A - ruch elektronu w akceleratorze liniowym
B - ruch oscylacyjny elektronów w antenie
1) Tylko A 2) Tylko B 3) Zarówno A, jak i B 4) Ani A, ani B

A10. Naładowana cząstka nie emituje fal elektromagnetycznych w próżni
1) jednostajny ruch prostoliniowy
2) ruch jednostajny po obwodzie
3) ruch oscylacyjny
4) dowolny ruch z przyspieszeniem

A11. Prędkość propagacji fal elektromagnetycznych
1) ma maksymalną wartość w próżni
2) ma maksymalną wartość w dielektrykach
3) ma maksymalną wartość w metalach
4) jest taki sam w każdym środowisku

A12. W pierwszych eksperymentach badających propagację fal elektromagnetycznych w powietrzu zmierzono długość fali cm i częstotliwość promieniowania MHz. Na podstawie tych nieprecyzyjnych eksperymentów uzyskano wartość prędkości światła w powietrzu równą w przybliżeniu
1) 100 000 km/s 2) 200 000 km/s 3) 250 000 km/s 4) 300 000 km/s

A13. Oscylacje pola elektrycznego w fali elektromagnetycznej opisuje równanie: E = 10sin (107t). Określ częstotliwość wibracji (w Hz).
1) 107 2) 1,6 * 106 3) (107 t) 4) 10

A14. Gdy fala elektromagnetyczna rozchodzi się w próżni
1) występuje tylko transfer energii
2) występuje tylko transfer pędu
3) następuje transfer energii i pędu
4) nie ma transferu ani energii, ani pędu

A15. Kiedy fala elektromagnetyczna przechodzi przez powietrze, pojawiają się wibracje
1) cząsteczki powietrza
2) gęstość powietrza
3) siła pola elektrycznego i indukcji pól magnetycznych
4) stężenie tlenu

A16. Zjawisko świadczące o tym, że w fali elektromagnetycznej wektor natężenia pola elektrycznego oscyluje w kierunku prostopadłym do kierunku propagacji fali elektromagnetycznej jest
1) interferencja 2) odbicie 3) polaryzacja 4) dyfrakcja

A17. Wskaż kombinację tych parametrów fali elektromagnetycznej, które zmieniają się, gdy fala przechodzi z powietrza do szkła
1) prędkość i długość fali 2) częstotliwość i prędkość
3) długość fali i częstotliwość 4) amplituda i częstotliwość

A18. Jakie zjawisko jest charakterystyczne dla fal elektromagnetycznych, ale nie jest powszechną właściwością fal jakiejkolwiek natury?
1) interferencja 2) załamanie 3) polaryzacja 4) dyfrakcja

A19. Na jaką długość fali należy nastroić radio, aby słuchać stacji radiowej Europe+, która nadaje na częstotliwości 106,2 MHz?
1) 2,825 dm 2) 2,825 cm 3) 2,825 km 4) 2,825 m

A20. Modulacja amplitudy fal elektromagnetycznych o wysokiej częstotliwości w nadajniku radiowym służy do:
1) zwiększenie mocy radiostacji
2) zmiany amplitudy oscylacji o wysokiej częstotliwości
3) zmiany amplitudy oscylacji częstotliwości dźwięku
4) ustawienie określonej częstotliwości promieniowania danej stacji radiowej;

Codzienne doświadczenie pokazuje, że ciała nieruchome można wprawiać w ruch, a ruchome zatrzymać. Cały czas coś robimy, świat się kręci, świeci słońce… Ale skąd ludzie, zwierzęta i przyroda jako całość czerpią siłę do tej pracy? Czy znika bez śladu? Czy jedno ciało zacznie się poruszać, nie zmieniając ruchu drugiego? Porozmawiamy o tym wszystkim w naszym artykule.

Koncepcja energetyczna

Do pracy silników wprawiających w ruch samochody, ciągniki, lokomotywy spalinowe, samoloty potrzebne jest paliwo, które jest źródłem energii. Silniki elektryczne poruszają maszyny za pomocą energii elektrycznej. Ze względu na energię wody spadającej z wysokości owijane są turbiny hydrauliczne, połączone z maszynami elektrycznymi wytwarzającymi prąd elektryczny. Człowiek również potrzebuje energii, aby istnieć i pracować. Mówią, że do wykonania jakiejkolwiek pracy potrzebna jest energia. Czym jest energia?

  • Obserwacja 1. Podnieś piłkę z ziemi. Dopóki jest spokojny, nie wykonuje żadnej pracy mechanicznej. Pozwólmy mu odejść. Grawitacja powoduje, że piłka spada na ziemię z pewnej wysokości. Kiedy piłka spada, wykonywana jest praca mechaniczna.
  • Obserwacja 2. Zamknijmy sprężynę, przymocujmy ją nitką i dociążmy sprężynę. Podpalmy nitkę, sprężyna wyprostuje się i podniesie ciężar na określoną wysokość. Sprężyna wykonała pracę mechaniczną.
  • Obserwacja 3. Na wózku mocujemy drążek z klockiem na końcu. Przerzucimy przez blok nitkę, której jeden koniec jest nawinięty na oś wózka, a na drugim wisi ciężarek. Zwolnijmy ciężar. Pod działaniem opadnie w dół i da ruch wózka. Waga wykonała pracę mechaniczną.

Po przeanalizowaniu wszystkich powyższych obserwacji możemy stwierdzić, że jeśli ciało lub kilka ciał wykonuje pracę mechaniczną podczas interakcji, to mówią, że mają energię mechaniczną, czyli energię.

Koncepcja energetyczna

Energia (od greckiego słowa energia- aktywność) to wielkość fizyczna charakteryzująca zdolność ciał do wykonywania pracy. Jednostką energii, a także pracy w układzie SI, jest jeden dżul (1 J). Na piśmie energia jest oznaczana literą mi... Z powyższych eksperymentów widać, że ciało działa, gdy przechodzi z jednego stanu do drugiego. Jednocześnie zmienia się (zmniejsza) energia ciała, a praca mechaniczna wykonywana przez ciało jest równoznaczna ze zmianą jego energii mechanicznej.

Rodzaje energii mechanicznej. Koncepcja energii potencjalnej

Istnieją 2 rodzaje energii mechanicznej: potencjalna i kinetyczna. Przyjrzyjmy się teraz bliżej energii potencjalnej.

Energia potencjalna (PE) - określona przez wzajemne położenie ciał, które oddziałują lub przez części tego samego ciała. Ponieważ każde ciało i ziemia przyciągają się nawzajem, to znaczy wchodzą w interakcje, PE ciała uniesionego nad ziemią będzie zależeć od wysokości wzniesienia h... Im wyżej unosi się ciało, tym większe ma PE. Eksperymentalnie ustalono, że PE zależy nie tylko od wzrostu, do którego jest podnoszony, ale także od masy ciała. Jeśli ciała zostały podniesione na tę samą wysokość, to ciało o dużej masie będzie również miało duży PE. Wzór na tę energię jest następujący: E p = mgh, gdzie E p to energia potencjalna, m- masa ciała, g = 9,81 N/kg, h - wzrost.

Energia potencjalna wiosny

Ciała nazywane są wielkościami fizycznymi E p, która, gdy prędkość ruchu postępowego zmienia się pod wpływem działania, zmniejsza się dokładnie o tyle, o ile wzrasta energia kinetyczna. Sprężyny (podobnie jak inne sprężyście odkształcone korpusy) mają taki PE, który jest równy połowie iloczynu ich sztywności k na kwadrat szczepu: x = kx 2: 2.

Energia kinetyczna: formuła i definicja

Czasami sens pracy mechanicznej można rozważać bez używania pojęć siły i ruchu, skupiając się na tym, że praca charakteryzuje zmianę energii ciała. Wszystko, czego możemy potrzebować, to masa ciała oraz jego początkowe i końcowe prędkości, które doprowadzą nas do energii kinetycznej. Energia kinetyczna (KE) to energia, która przynależy ciału do własnego ruchu.

Wiatr ma energię kinetyczną, służy do wprawiania w ruch turbin wiatrowych. Napędzane wywierają nacisk na nachylone płaszczyzny skrzydeł turbin wiatrowych i zmuszają je do zawracania. Ruch obrotowy przekazywany jest przez układy transmisyjne do mechanizmów wykonujących określoną pracę. Napędzana woda, która obraca turbiny elektrowni, traci część swojego EC podczas pracy. Samolot lecący wysoko na niebie, oprócz PE, ma EE. Jeśli ciało jest w spoczynku, to znaczy jego prędkość względem Ziemi wynosi zero, to jego CE względem Ziemi wynosi zero. Zostało eksperymentalnie ustalone, że im większa masa ciała i prędkość, z jaką się porusza, tym większe jest jego FE. Wzór na energię kinetyczną ruchu postępowego w wyrażeniu matematycznym jest następujący:

Gdzie DO- energia kinetyczna, m- masa ciała, v- prędkość.

Zmiana energii kinetycznej

Ponieważ prędkość ruchu ciała jest wielkością zależną od wyboru układu odniesienia, wartość WF ciała zależy również od jego wyboru. Zmiana energii kinetycznej (IKE) ciała następuje w wyniku działania na ciało siły zewnętrznej F... Wielkość fizyczna A, co jest równe IQE E do ciało w wyniku działania na nie siły F, zwana pracą: A = Ec. Jeśli na ciele, które porusza się z prędkością v 1 , siła działa F zgodnych z kierunkiem, wtedy prędkość ruchu ciała będzie wzrastać z czasem T do jakiejś wartości v 2 ... W tym przypadku IQE jest równe:

Gdzie m- masa ciała; D- przebyta droga ciała; Vf1 = (V2 - V1); Vf2 = (V2 + V1); a = F: m... To ten wzór oblicza, jak bardzo zmienia się energia kinetyczna. Formuła może mieć również następującą interpretację: ΔЕ ę = Flcos ά , gdzie cosά jest kątem między wektorami siły F i szybkość V.

Średnia energia kinetyczna

Energia kinetyczna to energia określona przez prędkość ruchu różnych punktów należących do tego układu. Należy jednak pamiętać, że konieczne jest rozróżnienie 2 energii charakteryzujących się różnymi energiami translacyjnymi i rotacyjnymi. (SKE) w tym przypadku jest średnią różnicą między sumą energii całego układu a jego energią spokoju, czyli w rzeczywistości jej wartość jest średnią wartością energii potencjalnej. Wzór na średnią energię kinetyczną jest następujący:

gdzie k jest stałą Boltzmanna; T to temperatura. To właśnie to równanie jest podstawą teorii kinetyki molekularnej.

Średnia energia kinetyczna cząsteczek gazu

Liczne eksperymenty wykazały, że średnia energia kinetyczna cząsteczek gazu w ruchu translacyjnym w danej temperaturze jest taka sama i nie zależy od rodzaju gazu. Ponadto stwierdzono również, że przy podgrzaniu gazu o 1°C SEE wzrasta o tę samą wartość. Mówiąc dokładniej, ta wartość jest równa: ΔE k = 2,07 x 10 -23 J / o C. Aby obliczyć, jaka jest średnia energia kinetyczna cząsteczek gazu w ruchu translacyjnym, konieczne jest, oprócz tej wartości względnej, znajomość jeszcze co najmniej jednej wartości bezwzględnej energii ruchu translacyjnego. W fizyce wartości te są dość dokładnie określone dla szerokiego zakresu temperatur. Na przykład w temperaturze t = 500 о С energia kinetyczna ruchu translacyjnego cząsteczki Ek = 1600 x 10 -23 J. Znając 2 ilości ( ΔE do i Ek), możemy zarówno obliczyć energię ruchu translacyjnego cząsteczek w danej temperaturze, jak i rozwiązać problem odwrotny - określić temperaturę z podanych wartości energii.

Na koniec możemy stwierdzić, że średnia energia kinetyczna cząsteczek, której wzór podano powyżej, zależy tylko od temperatury bezwzględnej (i dla dowolnego stanu skupienia substancji).

Całkowite prawo zachowania energii mechanicznej

Badanie ruchu ciał pod wpływem grawitacji i sił sprężystych wykazało, że istnieje pewna wielkość fizyczna, którą nazywamy energią potencjalną E n; zależy od współrzędnych ciała, a jego zmiana jest przyrównywana do IQE, który przyjmuje się z przeciwnym znakiem: Δ E n =-Ec. Tak więc suma zmian FE i PE ciała, które oddziałują z siłami grawitacyjnymi i siłami sprężystymi, jest równa 0 : Δ P n +ΔE k = 0. Nazywa się siły zależne tylko od współrzędnych ciała konserwatywny. Siły przyciągania i sprężystości są siłami zachowawczymi. Suma energii kinetycznej i potencjalnej ciała to całkowita energia mechaniczna: P n +Ek = E.

Ten fakt, który został udowodniony najdokładniejszymi eksperymentami,
są nazywane prawo zachowania energii mechanicznej... Jeżeli ciała oddziałują z siłami, które zależą od prędkości względnego ruchu, energia mechaniczna nie jest zachowywana w układzie oddziałujących na siebie ciał. Przykładem tego typu siły jest nazwana nie trwałe, to siły tarcia. Jeżeli na ciało działają siły tarcia, to aby je przezwyciężyć, konieczne jest wydatkowanie energii, czyli część jej zużywana jest na wykonanie pracy przeciw siłom tarcia. Jednak naruszenie prawa zachowania energii jest tutaj tylko wyimaginowane, ponieważ jest to odrębny przypadek ogólnego prawa zachowania i przemiany energii. Energia ciał nigdy nie znika ani nie pojawia się ponownie: przekształca się tylko z jednego typu w inny. To prawo natury jest bardzo ważne, jest realizowane wszędzie. Jest również czasami nazywany ogólnym prawem zachowania i transformacji energii.

Związek między energią wewnętrzną ciała, energiami kinetycznymi i potencjalnymi

Energia wewnętrzna (U) ciała to całkowita energia ciała pomniejszona o FE ciała jako całości i PE w zewnętrznym polu sił. Z tego możemy wywnioskować, że energia wewnętrzna składa się z CE chaotycznego ruchu cząsteczek, oddziaływania PE między nimi oraz energii wewnątrzcząsteczkowej. Energia wewnętrzna jest jednoznaczną funkcją stanu układu, co sugeruje, że jeśli układ znajduje się w danym stanie, jego energia wewnętrzna nabiera swoich własnych wartości, niezależnie od tego, co wydarzyło się wcześniej.

Relatywizm

Gdy prędkość ciała jest zbliżona do prędkości światła, energię kinetyczną określa następujący wzór:

Energię kinetyczną ciała, której wzór napisano powyżej, można również obliczyć zgodnie z następującą zasadą:

Przykładowe zadania do znalezienia energii kinetycznej

1. Porównaj energię kinetyczną 9 g kuli lecącej z prędkością 300 m/s oraz 60 kg mężczyzny biegnącego z prędkością 18 km/h.

Co więc jest nam dane: m1 = 0,009 kg; V1 = 300 m / s; m2 = 60 kg, V2 = 5 m / s.

Rozwiązanie:

  • Energia kinetyczna (wzór): E k = śr 2: 2.
  • Mamy wszystkie dane do obliczeń, dlatego znajdziemy E do zarówno dla osoby, jak i piłki.
  • E k1 = (0,009 kg x (300 m / s) 2): 2 = 405 J;
  • E k2 = (60 kg x (5 m / s) 2): 2 = 750 J.
  • E k1< E k2.

Odpowiedź: energia kinetyczna piłki jest mniejsza niż energia człowieka.

2. Ciało o masie 10 kg zostało podniesione na wysokość 10 m, po czym zostało wypuszczone. Jaki rodzaj FE będzie miał na wysokości 5 m? Można pominąć opór powietrza.

Co więc jest nam dane: m = 10 kg; h = 10 m; h 1 = 5 m; g = 9,81 N / kg. E k1 -?

Rozwiązanie:

  • Ciało o określonej masie, uniesione na określoną wysokość, ma energię potencjalną: E p = mgh. Jeśli ciało upadnie, będzie się pocić na określonej wysokości h 1. energia E p = mgh 1 i pokrewieństwo. energia E k1. Aby poprawnie znaleźć energię kinetyczną, powyższy wzór nie pomoże, dlatego rozwiążemy problem zgodnie z poniższym algorytmem.
  • W tym kroku korzystamy z prawa zachowania energii i piszemy: E n1 +E k1 = E P.
  • Następnie E k1 = mi P - E n1 = mgh - mgh 1 = mg (h-h 1).
  • Podstawiając nasze wartości do wzoru otrzymujemy: E k1 = 10 x 9,81 (10-5) = 490,5 J.

Odpowiedź: E k1 = 490,5 J.

3. Koło zamachowe o masie m i promień R, owija się wokół osi przechodzącej przez jej środek. Prędkość obrotu koła zamachowego - ω ... Aby zatrzymać koło zamachowe, do jego obręczy dociska się szczękę hamulcową, działając na nią siłą F tarcie... Ile obrotów wykona koło zamachowe, aż całkowicie się zatrzyma? Zwróć uwagę, że masa koła zamachowego jest wyśrodkowana na obręczy.

Co więc jest nam dane: m; R; ω; F tarcie. N -?

Rozwiązanie:

  • Rozwiązując problem, uznamy, że obroty koła zamachowego będą zbliżone do obrotów cienkiej jednorodnej obręczy o promieniu r i masa m, który skręca z prędkością kątową ω.
  • Energia kinetyczna takiego ciała jest równa: E k = (J ω 2): 2, gdzie J = m r 2 .
  • Koło zamachowe zatrzyma się pod warunkiem, że całe jego FE zostanie wydane na pracę w celu pokonania siły tarcia F tarcie, powstające między klockiem hamulcowym a obręczą: E k = F tarcie * s, gdzie 2 πRN = (m r 2 ω 2) : 2, gdzie N = ( m ω 2 R): (4 π F tr).

Odpowiedź: N = (mω 2 R): (4πF tr).

Wreszcie

Energia jest najważniejszym składnikiem we wszystkich aspektach życia, ponieważ bez niej żaden organizm nie mógłby pracować, w tym człowiek. Uważamy, że artykuł wyjaśnił Ci, czym jest energia, a szczegółowe przedstawienie wszystkich aspektów jednego z jej składników – energii kinetycznej – pomoże Ci zrozumieć wiele procesów zachodzących na naszej planecie. I możesz dowiedzieć się, jak znaleźć energię kinetyczną z powyższych wzorów i przykładów rozwiązywania problemów.

Zdolność lub zdolność ciał fizycznych do wykonywania pracy charakteryzuje koncepcja, która jest podstawowa dla wszystkich gałęzi fizyki, którą nazywamy energią. W zależności od źródła początkowego rozróżnia się różne rodzaje energii: mechaniczną, wewnętrzną, elektromagnetyczną, jądrową, grawitacyjną, chemiczną. Energia mechaniczna jest dwojakiego rodzaju: potencjalna i kinetyczna. Energia kinetyczna jest nieodłączna tylko w poruszających się ciałach. Czy możemy zatem mówić o energii kinetycznej spoczynku?

Jaka jest energia kinetyczna

Pamiętajmy, jak obliczana jest energia kinetyczna. Jeśli masa ciała m siła działająca F, wtedy jego prędkość v zacznie się zmieniać. Przesuwając ciało na odległość s praca zostanie wykonana A:

$ A = F * s $ (1)

Zgodnie z drugim prawem Newtona siła wynosi:

$ F = m * a $ (2)

gdzie a- przyspieszenie.

Ze znanych wzorów uzyskanych w dziale mechaniki wynika, że ​​moduł przemieszczenia s z jednostajnie przyspieszonym ruchem prostoliniowym jest związany z modułami końcowymi v 2 , Inicjał v 1 prędkości i przyspieszenia a według następującego wzoru;

$ s = ((v_2 ^ 2-v_1 ^ 2) \ powyżej (2 * a)) $ (3)

Następnie możesz uzyskać wzór na obliczenie pracy:

$ A = F * s = m * a * ((v_2 ^ 2 - v_1 ^ 2) \ ponad 2 * a) = (m * v_2 ^ 2 \ ponad 2) - (m * v_1 ^ 2 \ ponad 2) $ (4)

Ilość równa iloczynowi masy ciała m przez kwadrat jego prędkości, podzieloną na pół, nazywamy energią kinetyczną ciała E k:

$ E_k = (m * v ^ 2 \ ponad 2) $ (5)

Ze wzorów (4) i (5) wynika, że ​​praca A jest równe:

$ A = E_ (k2) - E_ (k1) $ (6)

Tak więc praca wykonana przez siłę przyłożoną do ciała okazała się równa zmianie energii kinetycznej ciała. Oznacza to, że każde ciało fizyczne poruszające się z niezerową prędkością ma energię kinetyczną. Dlatego w spoczynku, z prędkością v równa zeru, a energia kinetyczna spoczynku również będzie równa zeru.

Ryż. 1. Przykłady energii kinetycznej:

Stacjonarny korpus i temperatura

Każde ciało fizyczne składa się z atomów i cząsteczek, które są w stanie ciągłego chaotycznego ruchu w temperaturze T nie równa zeru. Za pomocą molekularnej teorii kinetycznej udowodniono, że średnia energia kinetyczna E do chaotyczny ruch cząsteczek zależy tylko od temperatury. Tak więc dla gazu jednoatomowego zależność tę wyraża wzór:

$ E_k = (3 \ ponad 2) * k * T $ (7)

gdzie: k = 1,38 * 10 -23 J / K - stała Boltzmanna.

Tak więc, gdy ciało jako całość jest w spoczynku, każda cząsteczka i atom, z których się składa, może mimo wszystko mieć niezerową energię kinetyczną.

Ryż. 2. Chaotyczny ruch cząsteczek w gazie, cieczy, ciele stałym :.

Temperatura zera absolutnego jest naturalnie równa 0 0 K lub -273,15 0 C. Naukowcy zajmujący się tą dziedziną dążą do schłodzenia materii do tej temperatury w celu zdobycia nowej wiedzy. Dotychczas rekordowo niska temperatura uzyskana w warunkach laboratoryjnych wynosi jedynie 5,9*10-12 K powyżej zera bezwzględnego.Do osiągnięcia takich wartości stosuje się lasery i chłodzenie magnetyczne.

Energia spoczynkowa

Wzór (5) na energię kinetyczną obowiązuje dla prędkości znacznie mniejszych niż prędkość światła Z, co równa się 300 000 km/s. Albert Einstein (1879-1955) stworzył specjalną teorię względności, w której energia kinetyczna E do cząstki masy m 0 poruszanie się z prędkością v, jest:

$ E_k = m_0 * c ^ 2 \ over \ sqrt (1 - (v ^ 2 \ over c ^ 2)) - m_0 * c ^ 2 $ (8)

Z prędkością v znacznie mniej niż prędkość światła Z (v << C) formuła (8) staje się klasyczna, tj. we wzorze (5).

Na v= 0 energia kinetyczna będzie również równa zeru. Jednak całkowita energia E 0 będzie równa:

$ E_0 = m_0 * c ^ 2 $ (9)

Wyrażenie $ m_0 * c ^ 2 $ nazywa się energią spoczynkową. Istnienie niezerowej energii w ciele w spoczynku oznacza, że ​​ciało fizyczne ma energię dzięki swojemu istnieniu.

Ryż. 3. Portret Alberta Einsteina :.

Według Einsteina suma energii spoczynkowej (9) i energii kinetycznej (8) daje całkowitą energię cząstki miP:

$ Ep = m_0 * c ^ 2 \ over \ sqrt (1 - v ^ 2 \ over c ^ 2) = m * c ^ 2 $ (10)

Wzór (10) pokazuje zależność między masą ciała a jego energią. Okazuje się, że zmiana masy ciała prowadzi do zmiany jego energii.

Czego się nauczyliśmy?

Tak więc dowiedzieliśmy się, że energia kinetyczna reszty zwykłego ciała fizycznego (lub cząstki) jest równa zeru, ponieważ jego prędkość wynosi zero. Energia kinetyczna cząstek tworzących ciało w spoczynku będzie niezerowa, jeśli jego temperatura bezwzględna nie będzie równa zeru. Nie ma oddzielnego wzoru na energię kinetyczną spoczynku. Do określenia energii ciała w spoczynku można użyć wyrażeń (7) - (9), pamiętając, że jest to energia wewnętrzna cząstek tworzących ciało.

Testuj według tematu

Ocena raportu

Średnia ocena: 4.2. Łącznie otrzymane oceny: 39.

Wiadomość od administratora:

Chłopaki! Kto od dawna chciał uczyć się angielskiego?
Idź dalej i dostać dwie darmowe lekcje w szkole języka angielskiego SkyEng!
Sam się tam uczę - bardzo fajnie. Postęp jest widoczny.

W aplikacji możesz uczyć się słówek, ćwiczyć słuchanie i wymowę.

Spróbuj. Dwie lekcje za darmo na moim linku!
Kliknij

Energia kinetyczna jest skalarną wielkością fizyczną równą połowie iloczynu masy ciała przez kwadrat jego prędkości.

Aby zrozumieć, czym jest energia kinetyczna ciała, rozważmy przypadek, w którym ciało o masie m pod działaniem stałej siły (F = const) porusza się prostoliniowo z jednostajnym przyspieszeniem (a = const). Określmy pracę siły przyłożonej do ciała, gdy moduł prędkości tego ciała zmienia się z v1 na v2.

Jak wiemy, pracę stałej siły oblicza się ze wzoru. Ponieważ w rozważanym przypadku kierunek siły F i przemieszczenia s pokrywają się, to i wtedy otrzymujemy, że praca siły jest równa A = Fs. Zgodnie z drugim prawem Newtona znajdujemy siłę F = ma. Dla ruchu prostoliniowego jednostajnie przyspieszonego obowiązuje następujący wzór:

Z tej formuły wyrażamy ruch ciała:

Podstawiamy znalezione wartości F i S do wzoru pracy i otrzymujemy:

Z ostatniego wzoru widać, że praca siły przyłożonej do ciała przy zmianie prędkości tego ciała jest równa różnicy między dwiema wartościami pewnej wielkości. A praca mechaniczna jest miarą zmiany energii. W konsekwencji po prawej stronie wzoru znajduje się różnica między dwiema wartościami energii danego ciała. Oznacza to, że ilość jest energią wynikającą z ruchu ciała. Ta energia nazywana jest energią kinetyczną. Jest oznaczony przez Wк.

Jeśli weźmiemy formułę pracy, którą wyprowadziliśmy, otrzymamy

Praca wykonywana przez siłę, gdy zmienia się prędkość ciała, jest równa zmianie energii kinetycznej tego ciała

Jest również:

Energia potencjalna:

W formule zastosowaliśmy:

Energia kinetyczna