Кінетична енергія: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу?, FB.

15.08.2015

кінетична Енергія: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу?

Повсякденний досвід показує, що нерухомі тіла можна привести в рух, а рухомі зупинити. Ми з вами постійно щось робимо, світ навколо метушиться, світить сонце. Але звідки у людини, тварин, так і природа в цілому беруться сили для виконання цієї роботи? Зникає механічний рух безслідно? Почне рухатися одне тіло без зміни руху іншого? Про все це ми розповімо в нашій статті.

Поняття енергії

Для роботи двигунів, які надають рух автомобілів, тракторів, тепловозів, літаків, потрібно паливо, яке є джерелом енергії. Електродвигуни надають рух верстатів за допомогою електроенергії. За рахунок енергії води, що падає з висоти, обертаються гідротурбіни, сполучені з електричними машинами, що виробляють електричний струм. Людині для того, щоб існувати і працювати, також потрібна енергія. Кажуть, що для того, щоб виконувати яку-небудь роботу, необхідна енергія. Що ж таке енергія?

  • Спостереження 1. Піднімемо над землею м’яч. Поки він перебуває в стані спокою, механічна робота не виконується. Відпустимо його. Під дією сили тяжіння м’яч падає на землю з певної висоти. Під час падіння м’яча виконується механічна робота.
  • Спостереження 2. Стули пружину, зафіксуємо її ниткою і поставимо на пружину гирку. Підпалимо нитка, пружина розпрямиться і підніме гирку на певну висоту. Пружина виконала механічну роботу.
  • Спостереження 3. На візок закріпимо стрижень з блоком в кінці. Через блок перекинем нитка, один кінець якої намотаний на вісь візка, а на іншому висить грузик. Відпустимо грузик. Під дією сили тяжіння він буде опускатися донизу і додасть візку рух. Грузик виконав механічну роботу.

Кінетична енергія: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу?, FB.

Після аналізу всіх перерахованих вище спостережень можна зробити висновок, що якщо тіло або кілька тіл під час взаємодії виконують механічну роботу, то кажуть, що вони мають механічну енергію або енергію.

Поняття енергії

Енергія (від грец. слова енергія — діяльність) — це фізична величина, яка характеризує здатність тіл виконувати роботу. Одиницею енергії, а також і роботи в системі СІ є один Джоуль (1 Дж). На листі енергія позначається буквою Е. З вищезгаданих експериментів видно, що тіло виконує роботу тоді, коли переходить з одного стану в інший. Енергія тіла при цьому змінюється (зменшується), а виконана тілом механічна робота дорівнює результату зміни її механічної енергії.

Види механічної енергії. Поняття потенційної енергії

Кінетична енергія: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу?, FB.

Розрізняють 2 виду механічної енергії: потенційну й кінетичну. Зараз детальніше розглянемо потенційну енергію.

Потенційна енергія (ПЕ) — це енергія, яка визначається взаємним положенням тіл, які взаємодіють, або частинами того самого тіла. Оскільки будь-яке тіло і земля притягують один одного, тобто взаємодіють, ПЕ тіла, піднятого над землею, буде залежати від висоти підняття h. Чим вище піднято тіло, тим більше його ПЕ. Експериментально встановлено, що ПЕ залежить не тільки від висоти, на яку воно підняте, але і від маси тіла. Якщо тіла були підняті на однакову висоту, то тіло, що має велику масу, буде мати і більшу ПЕ. Формула цієї енергії виглядає наступним чином: Eп = mgh, Eп — це потенційна енергія, m — маса тіла, g = 9,81 М/кг, h — висота.

Потенціальна енергія пружини

Потенційну енергію пружно деформованого тіла називають фізичну величину Eп, що при зміні швидкості поступального руху під дією сил пружності зменшується рівно на стільки, на скільки зростає кінетична енергія. Пружини (як і інші пружно деформовані тіла) мають таку ПЕ, яка дорівнює половині добутку їх жорсткості k на квадрат деформації:x = kx 2. 2.

кінетична Енергія: формула і визначення

Іноді значення механічної роботи можна розглядати без вживання понять сили і переміщення, акцентувавши увагу на тому, що робота характеризує зміна енергії тіла. Все, що нам може знадобитися, — це маса якогось тіла і його початкова і кінцева швидкості, що приведе нас до кінетичної енергії. Кінетична енергія (СЕ) — це енергія, що належить тілу внаслідок власного руху.

Кінетична енергія: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу?, FB.

Кінетичну енергію має вітер, її використовують для надання руху вітряних двигунів. Рухомі маси повітря чинять тиск на похилі площини крил вітряних двигунів і змушують їх обертатися. Обертальний рух за допомогою систем передач передається механізмам, які виконують певну роботу. Рухома вода, обертаюча турбіни електростанції, втрачає частину своєї СЕ, виконуючи роботу. Летить високо в небі літак, крім ПЕ, СЕ має. Якщо тіло перебуває в стані спокою, тобто його швидкість відносно Землі дорівнює нулю, то і його СЕ відносно Землі дорівнює нулю. Експериментально встановлено, що чим більше маса тіла і швидкість, з якою воно рухається, тим більше його СЕ. Формула кінетичної енергії поступального руху в математичному вираженні наступна:

Кінетична енергія: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу?, FB.

Де — кінетична енергія, m — маса тіла, v — швидкість.

Зміна кінетичної енергії

Оскільки швидкість руху тіла є величиною, що залежить від вибору системи відліку, значення СЕ тіла також залежить від її вибору. Зміна кінетичної енергії (ИКЭ) тіла відбувається внаслідок дії на тіло зовнішньої сили F. Фізичну величину . яка дорівнює ИКЭ ΔЕ тіла внаслідок дії на нього сили F, називають роботою: А = ΔЕ . Якщо на тіло, яке рухається зі швидкістю v 1. діє сила F. що збігається з напрямком, то швидкість руху тіла зросте за проміжок часу t до деякого значення v 2. При цьому ИКЭ одно:

Кінетична енергія: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу?, FB.

Де m — маса тіла; d — пройдений шлях тіла; V1 = (V2 — V1 ); Vf2 = (V2 + V1 ); a = F. m. Саме за цією формулою вираховується, на скільки змінюється кінетична енергія. Формула також може мати наступну інтерпретацію: ΔЕ = Flcos?. де cos? є кутом між векторами сили F і швидкості V .

Середня кінетична енергія

Кінетична енергія являє собою енергію, яка визначається швидкістю руху різних точок, які належать цій системі. Однак слід пам’ятати, що необхідно розрізняти 2 енергії, що характеризують різні види руху: поступальний і обертальний. Середня кінетична енергія (СКЕ) при цьому є середньою різницею між сукупністю енергій всієї системи і її енергією спокою, тобто, по суті, її величина — це середня величина потенційної енергії. Формула середньої кінетичної енергії наступна:

Кінетична енергія: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу?, FB.

де k — це константа Больцмана; Т — температура. Саме це рівняння є основою молекулярно-кінетичної теорії.

Середня кінетична енергія молекул газу

Кінетична енергія: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу?, FB.

Численними дослідами було встановлено, що середня кінетична енергія молекул газу в поступальному русі при заданій температурі одна і та ж, і не залежить від роду газу. Крім того, було встановлено, що при нагріванні газу на 1 С СКЕ збільшується на одне і те ж саме значення. Сказати точніше, це значення дорівнює: ΔЕ = 2,07 х 10 -23 Дж/ о С. Для того щоб обчислити, чому дорівнює середня кінетична енергія молекул газу в поступальному русі, необхідно, крім цієї відносної величини, знати ще хоча б одне абсолютне значення енергії поступального руху. У фізиці досить точно визначені ці значення для широкого спектру температур. Наприклад, при температурі t = 500 С кінетична енергія поступального руху молекулиЕк = 1600 х 10 -23 Дж. Знаючи 2 величини (ΔЕ і Е ), ми можемо обчислити енергію поступального руху молекул при заданій температурі, так і вирішити зворотну задачу — визначити температуру по заданим значенням енергії.

Наприкінці можна зробити висновок, що середня кінетична енергія молекул, формула якої наведена вище, залежить тільки від абсолютної температури (причому для будь-якого агрегатного стану речовин).

Закон збереження повної механічної енергії

Вивчення руху тіл під дією сили тяжіння і сил пружності показало, що існує певна фізична величина, яку називають потенціальною енергією Еп ; вона залежить від координат тіла, а її зміна прирівнюється ИКЭ, яка взята з протилежним знаком: Δ Еп = -ΔЕ . Отже, сума змін СЕ і ПЕ тіла, які взаємодіють з гравітаційними силами і силами пружності, рівна 0. Δ Еп + ΔЕ = 0. Сили, які залежать лише від координат тіла, називаютьконсервативними. Сили тяжіння та пружності є консервативними силами. Сума кінетичної і потенційної енергій тіла є повною механічною енергією: Еп + Е = Е.

Кінетична енергія: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу?, FB.

Цей факт, який був доведений найбільш точними експериментами,

називають законом збереження механічної енергії. Якщо тіла взаємодіють силами, які залежать від швидкості відносного руху, механічна енергія в системі взаємодіючих тіл не зберігається. Прикладом сил такого типу, які називаються неконсервативными. є сили тертя. Якщо на тіло діють сили тертя, то для їх подолання необхідно затратити енергію, тобто її частина використовується на виконання роботи проти сил тертя. Однак порушення закону збереження енергії тут тільки уявне, тому що він є окремим випадком загального закону збереження і перетворення енергії. Енергія тіл ніколи не зникає і не з’являється знову: вона лише перетворюється з одного виду в інший. Цей закон природи дуже важливий, він виконується всюди. Його ще іноді називають загальним законом збереження і перетворення енергії.

Зв’язок між внутрішньою енергією тіла, кінетичної і потенційної енергіями

Внутрішня енергія (U) тіла — це його повна енергія тіла за вирахуванням СЕ тіла як цілого і його ПЕ у зовнішньому полі сил. З цього можна зробити висновок, що внутрішня енергія складається з СЕ хаотичного руху молекул, ПЕ взаємодії між ними і внутремолекулярной енергії. Внутрішня енергія — це однозначна функція стану системи, що говорить про наступному: якщо система знаходиться в даному стані, її внутрішня енергія приймає притаманні йому значення, незалежно від того, що відбувалося раніше.

Релятивізм

Коли швидкість тіла наближається до швидкості світла, кінетичну енергію знаходять за такою формулою:

Кінетична енергія: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу?, FB.

Кінетична енергія тіла, формула якої була написана вище, може також розраховуватися за таким принципом:

Кінетична енергія: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу?, FB.

Приклади задач по знаходженню кінетичної енергії

1. Порівняйте кінетичну енергію кульки масою 9 г, що летить зі швидкістю 300 м/с, і людини масою 60 кг, біжить зі швидкістю 18 км/годину.

Отже, що нам дано: m1 = 0,009 кг; V1 = 300 м/с; m2 = 60 кг, V2 = 5 м/с.

Рішення:

2. Тіло з масою 10 кг було піднято на висоту 10 м, після чого його відпустили. Яку СЕ воно буде мати на висоті 5 м? Опором повітря дозволяється знехтувати.

Отже, що нам дано: m = 10 кг; h = 10 м; h 1 = 5 м; g = 9,81 М/кг. Е1 — ?

Відповідь: Е1 = 490,5 Дж.

3. Маховик, має масу m і радіус R, обертається навколо осі, що проходить через його центр. Кутова швидкість обертання маховика — ω. Щоб зупинити маховик, до його ободу притискають гальмівну колодку, що діє на нього з силою Fтертя. Скільки обертів зробить маховик до повної зупинки? Врахувати, що маса маховика зосереджена по ободу.

Короткий опис статті: кінетична енергія Стаття вам розповість про такому понятті, як енергія. Ми розглянемо її види, а також більш детально акцентуємо увагу на кінетичної енергії тіла, розкривши всі її особливості. кінетична енергія формула кінетична енергія тіла формула формула кінетичної енергії поступального руху

Джерело: Енергія кінетична: формула, визначення. Як знайти кінетичну енергію молекули, поступального руху, пружини, тіла, молекули газу? — FB.uk

Також ви можете прочитати