Energi kinetik dan energi potensial. Energi kinetik istirahat Energi kinetik rata-rata

Mari kita tentukan energi kinetik benda tegar yang berputar pada sumbu tetap. Mari kita bagi tubuh ini menjadi n titik material. Setiap titik bergerak dengan kecepatan linier i =ωr i , maka energi kinetik titik

atau

Energi kinetik total benda tegar yang berputar sama dengan jumlah energi kinetik semua titik materialnya:

(3.22)

(J - momen inersia benda terhadap sumbu rotasi)

Jika lintasan semua titik terletak pada bidang paralel (seperti silinder yang menggelinding ke bawah pada bidang miring, setiap titik bergerak pada bidangnya masing-masing, gambar). gerakan datar. Menurut prinsip Euler, gerak bidang selalu dapat diuraikan dalam banyak cara menjadi gerak translasi dan rotasi. Jika bola jatuh atau meluncur di sepanjang bidang miring, itu hanya bergerak maju; ketika bola menggelinding, itu juga berputar.

Jika suatu benda melakukan gerak translasi dan rotasi pada saat yang bersamaan, maka energi kinetik totalnya sama dengan

(3.23)

Dari perbandingan rumus energi kinetik untuk gerak translasi dan rotasi dapat diketahui bahwa besaran inersia selama gerak rotasi adalah momen inersia benda.

3.6 Kerja gaya eksternal selama rotasi benda tegar

Ketika benda tegar berputar, energi potensialnya tidak berubah, oleh karena itu, kerja dasar gaya eksternal sama dengan peningkatan energi kinetik benda:

dA = dE atau

Mempertimbangkan bahwa Jβ = M, dr = dφ, kita memiliki benda pada sudut terhingga sama dengan

(3.25)

Ketika sebuah benda tegar berputar di sekitar sumbu tetap, kerja gaya-gaya luar ditentukan oleh aksi momen gaya-gaya ini terhadap sumbu tertentu. Jika momen gaya-gaya terhadap sumbu sama dengan nol, maka gaya-gaya tersebut tidak menghasilkan kerja.

Contoh pemecahan masalah

Contoh 2.1. massa roda gilaM= 5 kg dan jari-jariR= 0,2 m berputar pada sumbu mendatar dengan frekuensiν 0 = 720 menit -1 dan berhenti saat pengeremanT= 20 detik Temukan torsi pengereman dan jumlah putaran sebelum berhenti.

Untuk menentukan torsi pengereman, kami menerapkan persamaan dasar untuk dinamika gerak rotasi

di mana I=mr 2 adalah momen inersia piringan; \u003d - 0, dan \u003d 0 adalah kecepatan sudut akhir, 0 \u003d 2πν 0 adalah yang awal. M adalah momen pengereman dari gaya-gaya yang bekerja pada piringan.

Mengetahui semua kuantitas, adalah mungkin untuk menentukan torsi pengereman

Tuan 2 2πν 0 = t (1)

(2)

Dari kinematika gerak rotasi, sudut rotasi selama rotasi piringan hingga berhenti dapat ditentukan dengan rumus

(3)

dimana adalah percepatan sudut.

Sesuai dengan kondisi soal: = 0 - t, karena =0, ​​0 = t

Maka ekspresi (2) dapat ditulis sebagai:

Contoh 2.2. Dua buah roda gila berbentuk piringan dengan jari-jari dan massa yang sama diputar hingga kecepatan putarannyan= 480 rpm dan dibiarkan sendiri. Di bawah aksi gaya gesekan poros pada bantalan, yang pertama berhenti setelahT\u003d 80 s, dan yang kedua berhasiln= 240 putaran untuk berhenti. Pada roda gila mana momen gaya gesekan poros pada bantalan lebih besar dan berapa kali.

Kita akan mencari momen gaya-gaya duri M 1 dari roda gila pertama menggunakan persamaan dasar dinamika gerak rotasi

M 1 t \u003d Iω 2 - Iω 1

di mana t adalah waktu aksi momen gaya gesekan, I \u003d mr 2 - momen inersia roda gila, 1 \u003d 2πν dan 2 \u003d 0 adalah kecepatan sudut awal dan akhir roda gila

Kemudian

Momen gaya gesekan M 2 dari roda gila kedua dinyatakan melalui hubungan antara usaha A gaya gesekan dan perubahan energi kinetiknya E k:

di mana = 2πN adalah sudut rotasi, N adalah jumlah putaran roda gila.

Lalu dimana?

TENTANG rasio akan menjadi

Torsi gesekan roda gila kedua adalah 1,33 kali lebih besar.

Contoh 2.3. Massa piringan padat homogen m, massa beban m 1 dan saya 2 (gbr.15). Tidak ada slip dan gesekan ulir pada sumbu silinder. Temukan percepatan massa dan rasio tegangan benangdalam proses pergerakan.

Tidak ada selip benang, oleh karena itu, ketika m 1 dan m 2 akan melakukan gerak translasi, silinder akan berputar pada sumbu yang melewati titik O. Mari kita asumsikan untuk kepastian bahwa m 2 > m 1.

Kemudian beban m2 diturunkan dan silinder berputar searah jarum jam. Mari kita tuliskan persamaan gerak benda-benda yang termasuk dalam sistem

Dua persamaan pertama ditulis untuk benda dengan massa m 1 dan m 2 yang melakukan gerak translasi, dan persamaan ketiga untuk silinder yang berputar. Dalam persamaan ketiga, di sebelah kiri adalah momen total gaya yang bekerja pada silinder (momen gaya T 1 diambil dengan tanda minus, karena gaya T 1 cenderung memutar silinder berlawanan arah jarum jam). Di sebelah kanan, I adalah momen inersia silinder terhadap sumbu O, yang sama dengan

di mana R adalah jari-jari silinder; adalah percepatan sudut silinder.

Karena tidak ada slip benang,
. Dengan mempertimbangkan ekspresi untuk I dan , kita mendapatkan:

Menambahkan persamaan sistem, kita sampai pada persamaan

Dari sini kita menemukan percepatan Sebuah muatan

Dapat dilihat dari persamaan yang dihasilkan bahwa tegangan benang akan sama, yaitu =1 jika massa silinder jauh lebih kecil daripada massa beban.

Contoh 2.4. Sebuah bola berongga dengan massa m = 0,5 kg memiliki jari-jari luar R = 0,08m dan jari-jari dalam r = 0,06m. Bola berputar pada sumbu yang melalui pusatnya. Pada saat tertentu, sebuah gaya mulai bekerja pada bola, akibatnya sudut rotasi bola berubah sesuai dengan hukum
. Tentukan momen gaya yang diberikan.

Kami memecahkan masalah menggunakan persamaan dasar dinamika gerak rotasi
. Kesulitan utama adalah menentukan momen inersia bola berongga, dan percepatan sudut ditemukan sebagai
. Momen inersia I bola berongga sama dengan perbedaan antara momen inersia bola berjari-jari R dan bola berjari-jari r:

di mana adalah massa jenis bahan bola. Kami menemukan kepadatan, mengetahui massa bola berongga

Dari sini kita menentukan massa jenis bahan bola

Untuk momen gaya M kita peroleh ekspresi berikut:

Contoh 2.5. Sebuah batang tipis bermassa 300 g dan panjang 50 cm berputar dengan kecepatan sudut 10 s -1 pada bidang horizontal di sekitar sumbu vertikal yang melewati bagian tengah batang. Temukan kecepatan sudut jika, selama rotasi pada bidang yang sama, batang bergerak sehingga sumbu rotasi melewati ujung batang.

Kami menggunakan hukum kekekalan momentum sudut

(1)

(J i - momen inersia batang relatif terhadap sumbu rotasi).

Untuk sistem benda yang terisolasi, jumlah vektor momentum sudut tetap konstan. Karena distribusi massa batang relatif terhadap sumbu rotasi berubah, momen inersia batang juga berubah sesuai dengan (1):

J 0 1 = J 2 2 . (2)

Diketahui bahwa momen inersia batang terhadap sumbu yang melalui pusat massa dan tegak lurus batang adalah sama dengan

J 0 \u003d mℓ 2 / 12. (3)

Menurut teorema Steiner

J = J 0 +m tetapi 2

(J adalah momen inersia batang terhadap sumbu rotasi yang berubah-ubah; J0 adalah momen inersia terhadap sumbu paralel yang melalui pusat massa; tetapi- jarak dari pusat massa ke sumbu rotasi yang dipilih).

Mari kita cari momen inersia terhadap sumbu yang melalui ujungnya dan tegak lurus batang:

J 2 \u003d J 0 +m tetapi 2 , J 2 = mℓ 2 /12 +m(ℓ/2) 2 = mℓ 2 /3. (4)

Mari kita substitusikan rumus (3) dan (4) menjadi (2):

mℓ 2 1 /12 = mℓ 2 2 /3

2 \u003d 1 /4 2 \u003d 10s-1/4 \u003d 2.5s -1

Contoh 2.6 . orang massalM= 60 kg, berdiri di tepi platform dengan massa M = 120 kg, berputar dengan inersia di sekitar sumbu vertikal tetap dengan frekuensi 1 = 12 menit -1 , pergi ke pusatnya. Mempertimbangkan platform sebagai piringan homogen bundar, dan orang sebagai massa titik, tentukan dengan frekuensi berapa 2 platform kemudian akan berputar.

Diberikan: m=60kg, M=120kg, 1 =12min -1 = 0.2s -1 .

Mencari: v 1

Larutan: Menurut kondisi masalah, platform dengan orang tersebut berputar dengan inersia, yaitu. momen yang dihasilkan dari semua gaya yang diterapkan pada sistem yang berputar adalah nol. Oleh karena itu, untuk sistem "platform-man", hukum kekekalan momentum terpenuhi

Saya 1 1 = Saya 2 2

di mana
- momen inersia sistem ketika seseorang berdiri di tepi platform (kami memperhitungkan bahwa momen inersia platform sama dengan (R adalah jari-jari p
platform), momen inersia seseorang di tepi platform adalah mR 2).

- momen inersia sistem ketika seseorang berdiri di tengah platform (kami memperhitungkan bahwa momen seseorang yang berdiri di tengah platform sama dengan nol). Kecepatan sudut 1 = 2π 1 dan 1 = 2π 2 .

Mengganti ekspresi tertulis ke dalam rumus (1), kami memperoleh

dari mana kecepatan rotasi yang diinginkan

Menjawab: v 2 =24 menit -1 .

Pesan dari administrator:

Teman-teman! Siapa yang sudah lama ingin belajar bahasa Inggris?
Pergi ke dan dapatkan dua pelajaran gratis di Sekolah Bahasa Inggris SkyEng!
Saya bekerja di sana sendiri - sangat keren. Ada kemajuan.

Dalam aplikasi, Anda dapat mempelajari kata-kata, melatih mendengarkan dan pengucapan.

Cobalah. Dua pelajaran gratis dengan tautan saya!
Klik

Energi kinetik - kuantitas fisik skalar yang sama dengan setengah produk massa tubuh dan kuadrat kecepatannya.

Untuk memahami apa itu energi kinetik suatu benda, perhatikan kasus ketika benda bermassa m di bawah aksi gaya konstan (F=konst) bergerak dalam garis lurus dengan percepatan seragam (a=konst). Mari kita tentukan kerja gaya yang diterapkan pada benda ketika mengubah modulus kecepatan benda ini dari v1 ke v2.

Seperti yang kita ketahui, pekerjaan gaya konstan dihitung dengan rumus. Karena dalam kasus yang kita pertimbangkan, arah gaya F dan perpindahan s bertepatan, maka , dan kemudian kita mendapatkan bahwa usaha gaya sama dengan A = Fs. Menurut hukum kedua Newton, kita menemukan gaya F = ma. Untuk gerak lurus beraturan dipercepat, rumusnya berlaku:

Dari rumus ini kami menyatakan perpindahan tubuh:

Kami mengganti nilai yang ditemukan dari F dan S ke dalam rumus kerja, dan kami mendapatkan:

Dari rumus terakhir dapat dilihat bahwa kerja gaya yang diterapkan pada benda, ketika kecepatan benda ini berubah, sama dengan selisih antara dua nilai besaran tertentu. Dan kerja mekanik adalah ukuran perubahan energi. Oleh karena itu, di sisi kanan rumus adalah perbedaan antara dua nilai energi benda tertentu. Artinya besaran adalah energi yang ditimbulkan oleh gerak tubuh. Energi ini disebut kinetik. Hal ini ditunjuk Wk.

Jika kita mengambil rumus kerja yang telah kita peroleh, maka kita dapatkan

Usaha yang dilakukan oleh suatu gaya ketika kecepatan suatu benda berubah sama dengan perubahan energi kinetik benda tersebut

Ada juga:

Energi potensial:

Dalam rumus yang kami gunakan:

Energi kinetik

Informasi teoritis dasar

pekerjaan mekanis

Karakteristik energi gerak diperkenalkan berdasarkan konsep kerja mekanik atau kerja paksa. Usaha yang dilakukan oleh gaya tetap F, adalah kuantitas fisik yang sama dengan produk modul gaya dan perpindahan, dikalikan dengan kosinus sudut antara vektor gaya F dan perpindahan S:

Usaha adalah besaran skalar. Itu bisa positif (0 ° α < 90°), так и отрицательна (90° < α 180 °). Pada α = 90° usaha yang dilakukan oleh gaya adalah nol. Dalam sistem SI, kerja diukur dalam joule (J). Satu joule sama dengan usaha yang dilakukan oleh gaya 1 newton untuk bergerak sejauh 1 meter searah gaya tersebut.

Jika gaya berubah dari waktu ke waktu, maka untuk menemukan pekerjaan, mereka membuat grafik ketergantungan gaya pada perpindahan dan menemukan luas gambar di bawah grafik - ini adalah pekerjaannya:

Contoh gaya yang modulusnya bergantung pada koordinat (perpindahan) adalah gaya elastis pegas, yang mematuhi hukum Hooke ( F ekstra = kx).

Kekuatan

Usaha yang dilakukan oleh gaya per satuan waktu disebut kekuatan. Kekuatan P(kadang-kadang disebut sebagai n) adalah besaran fisis yang sama dengan rasio kerja SEBUAH ke rentang waktu T selama pekerjaan ini diselesaikan:

Rumus ini menghitung kekuatan rata rata, yaitu kekuatan umumnya mencirikan proses. Jadi, usaha juga dapat dinyatakan dalam daya: SEBUAH = PT(kecuali, tentu saja, daya dan waktu untuk melakukan pekerjaan diketahui). Satuan daya disebut watt (W) atau 1 joule per detik. Jika geraknya beraturan, maka:

Dengan rumus ini, kita dapat menghitung kekuatan instan(daya pada waktu tertentu), jika alih-alih kecepatan, kami mengganti nilai kecepatan sesaat ke dalam rumus. Bagaimana cara mengetahui kekuatan apa yang harus dihitung? Jika tugas meminta kekuatan pada suatu titik waktu atau pada titik tertentu dalam ruang, maka itu dianggap instan. Jika Anda bertanya tentang kekuatan selama periode waktu tertentu atau bagian dari jalan, carilah kekuatan rata-rata.

Efisiensi - faktor efisiensi, sama dengan rasio kerja yang berguna untuk dibelanjakan, atau daya yang berguna untuk dibelanjakan:

Pekerjaan apa yang berguna dan apa yang dihabiskan ditentukan dari kondisi tugas tertentu dengan penalaran logis. Misalnya, jika derek bekerja untuk mengangkat beban hingga ketinggian tertentu, maka pekerjaan mengangkat beban akan berguna (karena derek diciptakan untuk itu), dan pekerjaan yang dilakukan oleh motor listrik derek akan dihabiskan.

Jadi, kekuatan yang berguna dan yang dikeluarkan tidak memiliki definisi yang ketat, dan ditemukan dengan penalaran logis. Dalam setiap tugas, kita sendiri yang harus menentukan apa dalam tugas ini tujuan melakukan pekerjaan (kerja atau daya yang berguna), dan apa mekanisme atau cara melakukan semua pekerjaan (tenaga atau kerja yang dikeluarkan).

Dalam kasus umum, efisiensi menunjukkan seberapa efisien mekanisme tersebut mengubah satu jenis energi menjadi energi lain. Jika daya berubah dari waktu ke waktu, maka pekerjaan ditemukan sebagai luas gambar di bawah grafik daya versus waktu:

Energi kinetik

Besaran fisika yang sama dengan setengah hasil kali massa benda dan kuadrat kecepatannya disebut energi kinetik tubuh (energi gerak):

Artinya, jika sebuah mobil bermassa 2000 kg bergerak dengan kecepatan 10 m/s, maka mobil tersebut memiliki energi kinetik sebesar E k \u003d 100 kJ dan mampu melakukan pekerjaan 100 kJ. Energi ini dapat diubah menjadi panas (ketika rem mobil, ban roda, jalan dan cakram rem memanas) atau dapat dihabiskan untuk merusak bentuk mobil dan bodi mobil yang bertabrakan (dalam kecelakaan). Saat menghitung energi kinetik, tidak masalah ke mana mobil bergerak, karena energi, seperti pekerjaan, adalah besaran skalar.

Suatu benda memiliki energi jika dapat melakukan usaha. Misalnya, benda yang bergerak memiliki energi kinetik, mis. energi gerak, dan mampu melakukan kerja untuk mengubah bentuk benda atau memberikan percepatan pada benda yang menyebabkan terjadinya tumbukan.

Arti fisis energi kinetik: agar benda diam bermassa M mulai bergerak dengan kecepatan v perlu melakukan pekerjaan yang sama dengan nilai energi kinetik yang diperoleh. Jika massa tubuh M bergerak dengan kecepatan v, maka untuk menghentikannya, perlu dilakukan usaha yang sama dengan energi kinetik awalnya. Selama pengereman, energi kinetik terutama (kecuali untuk kasus tabrakan, ketika energi digunakan untuk deformasi) "dihilangkan" oleh gaya gesekan.

Teorema energi kinetik: kerja gaya resultan sama dengan perubahan energi kinetik benda:

Teorema energi kinetik juga berlaku dalam kasus umum ketika tubuh bergerak di bawah aksi gaya yang berubah, yang arahnya tidak bertepatan dengan arah gerakan. Lebih mudah untuk menerapkan teorema ini dalam masalah percepatan dan perlambatan benda.

Energi potensial

Seiring dengan energi kinetik atau energi gerak dalam fisika, peran penting dimainkan oleh konsep energi potensial atau energi interaksi benda.

Energi potensial ditentukan oleh posisi timbal balik tubuh (misalnya, posisi tubuh relatif terhadap permukaan bumi). Konsep energi potensial hanya dapat diperkenalkan untuk gaya yang kerjanya tidak bergantung pada lintasan benda dan hanya ditentukan oleh posisi awal dan akhir (yang disebut kekuatan konservatif). Kerja gaya-gaya tersebut pada lintasan tertutup adalah nol. Sifat ini dimiliki oleh gaya gravitasi dan gaya elastisitas. Untuk gaya-gaya ini, kita dapat memperkenalkan konsep energi potensial.

Energi potensial suatu benda di medan gravitasi bumi dihitung dengan rumus:

Arti fisik dari energi potensial tubuh: energi potensial sama dengan pekerjaan yang dilakukan oleh gaya gravitasi ketika menurunkan tubuh ke tingkat nol ( H adalah jarak dari pusat gravitasi tubuh ke tingkat nol). Jika suatu benda memiliki energi potensial, maka benda tersebut mampu melakukan kerja ketika benda tersebut jatuh dari ketinggian H turun ke nol. Pekerjaan gravitasi sama dengan perubahan energi potensial tubuh, diambil dengan tanda yang berlawanan:

Seringkali dalam tugas untuk energi, Anda harus mencari pekerjaan untuk mengangkat (membalik, keluar dari lubang) tubuh. Dalam semua kasus ini, perlu untuk mempertimbangkan gerakan bukan dari tubuh itu sendiri, tetapi hanya dari pusat gravitasinya.

Energi potensial Ep tergantung pada pilihan tingkat nol, yaitu pada pilihan asal sumbu OY. Dalam setiap masalah, level nol dipilih untuk alasan kenyamanan. Bukan energi potensial itu sendiri yang memiliki arti fisik, tetapi perubahannya ketika tubuh bergerak dari satu posisi ke posisi lain. Perubahan ini tidak tergantung pada pilihan level nol.

Energi potensial pegas yang diregangkan dihitung dengan rumus:

di mana: k- kekakuan pegas. Pegas yang diregangkan (atau dikompresi) mampu menggerakkan benda yang melekat padanya, yaitu, memberikan energi kinetik ke benda ini. Karena itu, pegas semacam itu memiliki cadangan energi. Peregangan atau Kompresi x harus dihitung dari keadaan tubuh yang tidak berbentuk.

Energi potensial benda yang mengalami deformasi elastis sama dengan kerja gaya elastis selama transisi dari keadaan tertentu ke keadaan tanpa deformasi nol. Jika pada keadaan awal pegas sudah berubah bentuk, dan perpanjangannya sama dengan x 1 , kemudian pada transisi ke keadaan baru dengan perpanjangan x 2, gaya elastis akan melakukan pekerjaan yang sama dengan perubahan energi potensial, diambil dengan tanda yang berlawanan (karena gaya elastis selalu diarahkan terhadap deformasi benda):

Energi potensial selama deformasi elastis adalah energi interaksi bagian-bagian tubuh satu sama lain oleh kekuatan elastis.

Kerja gaya gesekan bergantung pada jarak yang ditempuh (jenis gaya yang kerjanya bergantung pada lintasan dan jarak yang ditempuh disebut: kekuatan disipatif). Konsep energi potensial untuk gaya gesekan tidak dapat diperkenalkan.

Efisiensi

Faktor efisiensi (COP)- karakteristik efisiensi sistem (perangkat, mesin) dalam kaitannya dengan konversi atau transfer energi. Itu ditentukan oleh rasio energi yang berguna yang digunakan dengan jumlah total energi yang diterima oleh sistem (rumus telah diberikan di atas).

Efisiensi dapat dihitung baik dari segi kerja maupun dari segi daya. Pekerjaan yang berguna dan yang dikeluarkan (daya) selalu ditentukan oleh penalaran logis sederhana.

Dalam motor listrik, efisiensi adalah rasio kerja mekanis yang dilakukan (berguna) dengan energi listrik yang diterima dari sumbernya. Dalam mesin kalor, perbandingan kerja mekanis yang berguna dengan jumlah kalor yang dikeluarkan. Dalam trafo listrik, rasio energi elektromagnetik yang diterima pada belitan sekunder dengan energi yang dikonsumsi oleh belitan primer.

Karena sifatnya yang umum, konsep efisiensi memungkinkan untuk membandingkan dan mengevaluasi dari sudut pandang terpadu sistem yang berbeda seperti reaktor nuklir, generator dan mesin listrik, pembangkit listrik termal, perangkat semikonduktor, objek biologis, dll.

Karena kehilangan energi yang tak terhindarkan karena gesekan, pemanasan benda di sekitarnya, dll. Efisiensi selalu kurang dari kesatuan. Dengan demikian, efisiensi dinyatakan sebagai sebagian kecil dari energi yang dikeluarkan, yaitu sebagai pecahan biasa atau persentase, dan merupakan besaran tak berdimensi. Efisiensi mencirikan seberapa efisien sebuah mesin atau mekanisme bekerja. Efisiensi pembangkit listrik termal mencapai 35-40%, mesin pembakaran internal dengan supercharging dan pra-pendinginan - 40-50%, dinamo dan generator berdaya tinggi - 95%, transformator - 98%.

Tugas di mana Anda perlu menemukan efisiensi atau diketahui, Anda harus mulai dengan alasan logis - pekerjaan apa yang berguna dan apa yang dihabiskan.

Hukum kekekalan energi mekanik

energi mekanik penuh jumlah energi kinetik (yaitu, energi gerak) dan potensial (yaitu, energi interaksi benda oleh gaya gravitasi dan elastisitas) disebut:

Jika energi mekanik tidak berubah menjadi bentuk lain, misalnya, menjadi energi internal (termal), maka jumlah energi kinetik dan energi potensial tetap tidak berubah. Jika energi mekanik diubah menjadi energi panas, maka perubahan energi mekanik sama dengan kerja gaya gesekan atau energi yang hilang, atau jumlah panas yang dilepaskan, dan seterusnya, dengan kata lain, perubahan energi mekanik total adalah sama dengan kerja gaya eksternal:

Jumlah energi kinetik dan potensial benda-benda yang membentuk sistem tertutup (yaitu, di mana tidak ada gaya eksternal yang bekerja, dan kerja mereka sama dengan nol, masing-masing) dan berinteraksi satu sama lain oleh gaya gravitasi dan gaya elastis, tetap tidak berubah:

Pernyataan ini mengungkapkan hukum kekekalan energi (LSE) dalam proses mekanik. Ini adalah konsekuensi dari hukum Newton. Hukum kekekalan energi mekanik terpenuhi hanya jika benda-benda dalam sistem tertutup berinteraksi satu sama lain oleh gaya elastisitas dan gravitasi. Dalam semua masalah tentang hukum kekekalan energi akan selalu ada setidaknya dua keadaan sistem benda. Hukum mengatakan bahwa energi total keadaan pertama akan sama dengan energi total keadaan kedua.

Algoritma untuk memecahkan masalah tentang hukum kekekalan energi:

1. Temukan titik-titik posisi awal dan akhir tubuh.
2. Tuliskan energi apa atau apa yang dimiliki tubuh pada titik-titik ini.
3. Samakan energi awal dan energi akhir tubuh.
4. Tambahkan persamaan lain yang diperlukan dari topik fisika sebelumnya.
5. Selesaikan persamaan atau sistem persamaan yang dihasilkan menggunakan metode matematika.

Penting untuk dicatat bahwa hukum kekekalan energi mekanik memungkinkan untuk memperoleh hubungan antara koordinat dan kecepatan benda di dua titik lintasan yang berbeda tanpa menganalisis hukum gerak benda di semua titik perantara. Penerapan hukum kekekalan energi mekanik dapat sangat menyederhanakan solusi dari banyak masalah.

Dalam kondisi nyata, hampir selalu benda yang bergerak, bersama dengan gaya gravitasi, gaya elastis, dan gaya lainnya, ditindaklanjuti oleh gaya gesekan atau gaya hambatan medium. Kerja gaya gesekan bergantung pada panjang lintasan.

Jika gaya gesekan bekerja di antara benda-benda yang membentuk sistem tertutup, maka energi mekanik tidak kekal. Bagian dari energi mekanik diubah menjadi energi internal tubuh (pemanasan). Dengan demikian, energi secara keseluruhan (yaitu tidak hanya energi mekanik) tetap kekal.

Dalam interaksi fisik apa pun, energi tidak muncul dan tidak hilang. Itu hanya berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Fakta yang ditetapkan secara eksperimental ini mengungkapkan hukum dasar alam - hukum kekekalan dan transformasi energi.

Salah satu konsekuensi dari hukum kekekalan dan transformasi energi adalah pernyataan bahwa tidak mungkin untuk membuat "mesin gerak abadi" (perpetuum mobile) - mesin yang dapat melakukan pekerjaan tanpa batas waktu tanpa mengkonsumsi energi.

Tugas pekerjaan lain-lain

Jika Anda perlu menemukan pekerjaan mekanis dalam masalah, maka pertama-tama pilih metode untuk menemukannya:

1. Pekerjaan dapat ditemukan menggunakan rumus: SEBUAH = FS karena α . Temukan gaya yang melakukan usaha dan jumlah perpindahan benda di bawah aksi gaya ini dalam kerangka acuan yang dipilih. Perhatikan bahwa sudut harus dipilih antara vektor gaya dan perpindahan.
2. Kerja gaya eksternal dapat ditemukan sebagai perbedaan antara energi mekanik dalam situasi akhir dan awal. Energi mekanik sama dengan jumlah energi kinetik dan energi potensial benda.
3. Usaha yang dilakukan untuk mengangkat sebuah benda dengan kecepatan tetap dapat dicari dengan rumus : SEBUAH = mgh, di mana H- ketinggian yang naik pusat gravitasi tubuh.
4. Usaha dapat ditemukan sebagai hasil kali daya dan waktu, yaitu menurut rumus: SEBUAH = PT.
5. Usaha dapat ditemukan sebagai luas bangun di bawah grafik gaya versus perpindahan atau daya versus waktu.

Hukum kekekalan energi dan dinamika gerak rotasi

Tugas topik ini cukup kompleks secara matematis, tetapi dengan pengetahuan tentang pendekatannya, mereka diselesaikan sesuai dengan algoritma yang sepenuhnya standar. Dalam semua masalah Anda harus mempertimbangkan rotasi tubuh pada bidang vertikal. Solusinya akan direduksi menjadi urutan tindakan berikut:

1. Penting untuk menentukan tempat menarik bagi Anda (titik di mana perlu untuk menentukan kecepatan tubuh, kekuatan ketegangan benang, berat, dan sebagainya).
2. Tuliskan hukum kedua Newton pada titik ini, mengingat bahwa tubuh berputar, yaitu memiliki percepatan sentripetal.
3. Tuliskan hukum kekekalan energi mekanik sehingga mengandung kecepatan tubuh pada titik yang sangat menarik, serta karakteristik keadaan tubuh dalam beberapa keadaan yang sesuatu diketahui.
4. Bergantung pada kondisinya, nyatakan kuadrat kecepatan dari satu persamaan dan substitusikan ke persamaan lainnya.
5. Lakukan sisa operasi matematika yang diperlukan untuk mendapatkan hasil akhir.

Saat memecahkan masalah, ingatlah bahwa:

• Kondisi untuk melewati titik atas selama rotasi pada ulir pada kecepatan minimum adalah gaya reaksi dari penyangga n di titik atas adalah 0. Kondisi yang sama terpenuhi ketika melewati titik atas loop mati.
• Saat berputar pada batang, kondisi untuk melewati seluruh lingkaran adalah: kecepatan minimum di titik teratas adalah 0.
• Syarat pemisahan benda dari permukaan bola adalah bahwa gaya reaksi penyangga pada titik pemisahan adalah nol.

Tumbukan Tidak Elastis

Hukum kekekalan energi mekanik dan hukum kekekalan momentum memungkinkan untuk menemukan solusi untuk masalah mekanik dalam kasus di mana gaya yang bekerja tidak diketahui. Contoh dari masalah tersebut adalah interaksi dampak tubuh.

Dampak (atau tabrakan) Merupakan kebiasaan untuk menyebut interaksi tubuh jangka pendek, sebagai akibatnya kecepatan mereka mengalami perubahan yang signifikan. Selama tumbukan benda, gaya tumbukan jangka pendek bekerja di antara mereka, yang besarnya, sebagai suatu peraturan, tidak diketahui. Oleh karena itu, tidak mungkin untuk mempertimbangkan interaksi dampak secara langsung dengan bantuan hukum Newton. Penerapan hukum kekekalan energi dan momentum dalam banyak kasus memungkinkan untuk mengecualikan proses tumbukan dari pertimbangan dan memperoleh hubungan antara kecepatan benda sebelum dan sesudah tumbukan, melewati semua nilai antara dari besaran ini.

Kita sering harus berurusan dengan interaksi dampak benda-benda dalam kehidupan sehari-hari, dalam teknologi dan dalam fisika (terutama dalam fisika atom dan partikel elementer). Dalam mekanika, dua model interaksi tumbukan sering digunakan - dampak benar-benar elastis dan benar-benar tidak elastis.

Dampak yang benar-benar tidak elastis Interaksi kejut semacam itu disebut, di mana tubuh terhubung (melekat) satu sama lain dan bergerak sebagai satu tubuh.

Pada tumbukan tidak lenting sempurna, energi mekanik tidak kekal. Itu sebagian atau seluruhnya masuk ke energi internal tubuh (pemanasan). Untuk menjelaskan dampak apa pun, Anda perlu menuliskan hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi mekanik, dengan mempertimbangkan panas yang dilepaskan (sangat disarankan untuk menggambar terlebih dahulu).

Dampak yang benar-benar elastis

Dampak yang benar-benar elastis disebut tumbukan di mana energi mekanik suatu sistem benda adalah kekal. Dalam banyak kasus, tumbukan atom, molekul, dan partikel elementer mematuhi hukum tumbukan lenting mutlak. Dengan tumbukan yang benar-benar elastis, bersama dengan hukum kekekalan momentum, hukum kekekalan energi mekanik terpenuhi. Contoh sederhana dari tumbukan lenting sempurna adalah tumbukan pusat dua bola bilyar, salah satunya diam sebelum tumbukan.

pukulan tengah bola disebut tumbukan, di mana kecepatan bola sebelum dan sesudah tumbukan diarahkan sepanjang garis pusat. Jadi, dengan menggunakan hukum kekekalan energi mekanik dan momentum, adalah mungkin untuk menentukan kecepatan bola setelah tumbukan, jika kecepatannya sebelum tumbukan diketahui. Dampak sentral sangat jarang disadari dalam praktik, terutama dalam hal tumbukan atom atau molekul. Pada tumbukan lenting tak terpusat, kecepatan partikel (bola) sebelum dan sesudah tumbukan tidak diarahkan sepanjang garis lurus yang sama.

Kasus khusus tumbukan elastik non-pusat adalah tumbukan dua bola bilyar dengan massa yang sama, salah satunya diam sebelum tumbukan, dan kecepatan bola kedua tidak diarahkan sepanjang garis pusat bola. Dalam hal ini, vektor kecepatan bola setelah tumbukan elastis selalu diarahkan tegak lurus satu sama lain.

hukum konservasi. Tugas yang sulit

Banyak tubuh

Dalam beberapa tugas tentang hukum kekekalan energi, kabel dengan bantuan benda-benda tertentu yang bergerak dapat memiliki massa (yaitu, tidak berbobot, seperti yang mungkin sudah biasa Anda lakukan). Dalam hal ini, pekerjaan memindahkan kabel tersebut (yaitu, pusat gravitasinya) juga harus diperhitungkan.

Jika dua benda yang dihubungkan oleh batang tanpa bobot berputar pada bidang vertikal, maka:

1. pilih tingkat nol untuk menghitung energi potensial, misalnya, pada tingkat sumbu rotasi atau pada tingkat titik terendah di mana salah satu beban berada dan buat gambar;
2. hukum kekekalan energi mekanik ditulis, di mana jumlah energi kinetik dan potensial kedua benda pada situasi awal ditulis di sisi kiri, dan jumlah energi kinetik dan potensial kedua benda pada situasi akhir ditulis di sisi kanan;
3. memperhitungkan bahwa kecepatan sudut benda adalah sama, maka kecepatan linier benda sebanding dengan jari-jari rotasi;
4. jika perlu, tuliskan hukum kedua Newton untuk masing-masing benda secara terpisah.

Ledakan proyektil

Jika terjadi ledakan proyektil, energi ledakan dilepaskan. Untuk menemukan energi ini, perlu untuk mengurangi energi mekanik proyektil sebelum ledakan dari jumlah energi mekanik fragmen setelah ledakan. Kami juga akan menggunakan hukum kekekalan momentum yang ditulis dalam bentuk teorema kosinus (metode vektor) atau dalam bentuk proyeksi pada sumbu yang dipilih.

Tabrakan dengan piring berat

Biarkan menuju piring berat yang bergerak dengan kecepatan v, sebuah bola ringan bermassa bergerak M dengan kecepatan kamu n. Karena momentum bola jauh lebih kecil daripada momentum pelat, kecepatan pelat tidak akan berubah setelah tumbukan, dan akan terus bergerak dengan kecepatan dan arah yang sama. Sebagai hasil dari benturan elastis, bola akan terbang dari piring. Di sini penting untuk dipahami bahwa kecepatan bola relatif terhadap pelat tidak akan berubah. Dalam hal ini, untuk kecepatan akhir bola kita dapatkan:

Jadi, kecepatan bola setelah tumbukan meningkat dua kali kecepatan dinding. Alasan serupa untuk kasus ketika bola dan pelat bergerak dalam arah yang sama sebelum tumbukan mengarah pada hasil bahwa kecepatan bola berkurang dua kali kecepatan dinding:

Soal nilai maksimum dan minimum energi tumbukan bola

Dalam masalah jenis ini, hal utama adalah memahami bahwa energi potensial deformasi elastis bola maksimum jika energi kinetik gerakannya minimal - ini mengikuti hukum kekekalan energi mekanik. Jumlah energi kinetik bola minimal pada saat kecepatan bola sama besarnya dan diarahkan ke arah yang sama. Pada saat ini, kecepatan relatif bola sama dengan nol, dan deformasi serta energi potensial yang terkait dengannya adalah maksimum.

• Kembali
• Maju

Bagaimana agar berhasil mempersiapkan CT dalam Fisika dan Matematika?

Agar berhasil mempersiapkan CT dalam Fisika dan Matematika, antara lain, tiga kondisi kritis harus dipenuhi:

1. Pelajari semua topik dan selesaikan semua tes dan tugas yang diberikan dalam materi studi di situs ini. Untuk melakukan ini, Anda tidak memerlukan apa pun, yaitu: mencurahkan tiga hingga empat jam setiap hari untuk mempersiapkan CT dalam fisika dan matematika, mempelajari teori dan memecahkan masalah. Faktanya adalah bahwa DT adalah ujian di mana tidak cukup hanya mengetahui fisika atau matematika, Anda juga harus dapat dengan cepat dan tanpa kegagalan memecahkan sejumlah besar masalah pada berbagai topik dan kompleksitas yang bervariasi. Yang terakhir hanya dapat dipelajari dengan memecahkan ribuan masalah.
2. Pelajari semua rumus dan hukum dalam fisika, dan rumus dan metode dalam matematika. Sebenarnya, ini juga sangat sederhana untuk dilakukan, hanya ada sekitar 200 rumus yang diperlukan dalam fisika, dan bahkan lebih sedikit dalam matematika. Dalam setiap mata pelajaran ini ada sekitar selusin metode standar untuk memecahkan masalah tingkat kerumitan dasar, yang juga dapat dipelajari, dan dengan demikian, sepenuhnya otomatis dan tanpa kesulitan, menyelesaikan sebagian besar transformasi digital pada waktu yang tepat. Setelah itu, Anda hanya perlu memikirkan tugas yang paling sulit.
3. Menghadiri ketiga tahap pengujian latihan dalam fisika dan matematika. Setiap RT dapat dikunjungi dua kali untuk menyelesaikan kedua opsi. Sekali lagi, pada DT, selain kemampuan untuk menyelesaikan masalah dengan cepat dan efisien, serta pengetahuan tentang rumus dan metode, juga diperlukan untuk dapat merencanakan waktu dengan baik, mendistribusikan kekuatan, dan yang paling penting mengisi formulir jawaban dengan benar. , tanpa membingungkan nomor jawaban dan tugas, atau nama belakang Anda sendiri. Juga, selama RT, penting untuk membiasakan diri dengan gaya mengajukan pertanyaan dalam tugas, yang mungkin tampak sangat tidak biasa bagi orang yang tidak siap dalam DT.

Implementasi yang sukses, rajin dan bertanggung jawab dari ketiga poin ini, serta studi yang bertanggung jawab atas tes pelatihan akhir, akan memungkinkan Anda untuk menunjukkan hasil yang sangat baik pada CT, maksimal dari kemampuan Anda.

Menemukan kesalahan?

Jika Anda, seperti yang Anda lihat, telah menemukan kesalahan dalam materi pelatihan, maka silakan tulis melalui email (). Dalam surat itu, tunjukkan subjek (fisika atau matematika), nama atau nomor topik atau tes, nomor tugas, atau tempat dalam teks (halaman) di mana, menurut Anda, ada kesalahan. Jelaskan juga apa dugaan kesalahan itu. Surat Anda tidak akan luput dari perhatian, kesalahannya akan diperbaiki, atau Anda akan dijelaskan mengapa itu bukan kesalahan.

Pengalaman sehari-hari menunjukkan bahwa tubuh yang tidak bergerak dapat digerakkan, dan yang bergerak dapat dihentikan. Kami terus-menerus melakukan sesuatu, dunia ramai, matahari bersinar... Tapi dari mana manusia, hewan, dan alam secara keseluruhan mendapatkan kekuatan untuk melakukan pekerjaan ini? Apakah itu menghilang tanpa jejak? Akankah satu tubuh mulai bergerak tanpa mengubah gerakan yang lain? Kami akan membicarakan semua ini di artikel kami.

Konsep energi

Untuk pengoperasian mesin yang memberikan gerak pada mobil, traktor, lokomotif diesel, pesawat terbang, diperlukan bahan bakar yang merupakan sumber energi. Motor listrik memberikan gerakan ke mesin dengan bantuan listrik. Karena energi air yang jatuh dari ketinggian, turbin hidrolik diputar, dihubungkan dengan mesin listrik yang menghasilkan arus listrik. Manusia juga membutuhkan energi untuk hidup dan bekerja. Mereka mengatakan bahwa untuk melakukan pekerjaan apa pun, energi diperlukan. Apa itu energi?

• Pengamatan 1. Angkat bola di atas tanah. Saat dia dalam keadaan tenang, pekerjaan mekanis tidak dilakukan. Mari kita biarkan dia pergi. Di bawah pengaruh gravitasi, bola jatuh ke tanah dari ketinggian tertentu. Selama jatuhnya bola, pekerjaan mekanis dilakukan.
• Pengamatan 2. Mari kita tutup pegas, perbaiki dengan seutas benang dan beri beban pada pegas. Mari kita membakar benang, pegas akan meluruskan dan menaikkan berat ke ketinggian tertentu. Pegas telah melakukan kerja mekanis.
• Pengamatan 3. Mari kita kencangkan batang dengan balok di ujungnya ke troli. Kami akan melemparkan seutas benang melalui balok, yang salah satu ujungnya dililitkan pada poros troli, dan sebuah beban digantung di ujung lainnya. Mari kita lepaskan beban. Di bawah aksi, itu akan turun dan memberikan gerakan gerobak. Berat telah melakukan pekerjaan mekanis.

Setelah menganalisis semua pengamatan di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa jika suatu benda atau beberapa benda melakukan kerja mekanis selama interaksi, maka mereka mengatakan bahwa mereka memiliki energi atau energi mekanik.

Konsep energi

Energi (dari kata Yunani energi- aktivitas) adalah kuantitas fisik yang mencirikan kemampuan tubuh untuk melakukan pekerjaan. Satuan energi, serta usaha dalam sistem SI, adalah satu Joule (1 J). Dalam penulisan, energi dilambangkan dengan huruf E. Dari percobaan di atas dapat dilihat bahwa benda bekerja ketika berpindah dari satu keadaan ke keadaan lainnya. Dalam hal ini, energi benda berubah (berkurang), dan kerja mekanis yang dilakukan benda sama dengan hasil perubahan energi mekaniknya.

Jenis-jenis energi mekanik. Konsep energi potensial

Ada 2 jenis energi mekanik: potensial dan kinetik. Sekarang mari kita lihat lebih dekat energi potensial.

Energi potensial (PE) - ditentukan oleh posisi timbal balik dari tubuh yang berinteraksi, atau bagian dari tubuh yang sama. Karena setiap benda dan bumi menarik satu sama lain, yaitu, mereka berinteraksi, PE benda yang diangkat di atas tanah akan bergantung pada ketinggian kenaikan H. Semakin tinggi tubuh diangkat, semakin besar PE-nya. Telah ditetapkan secara eksperimental bahwa PE tidak hanya bergantung pada tinggi badan saat diangkat, tetapi juga pada berat badan. Jika benda dinaikkan dengan ketinggian yang sama, maka benda dengan massa yang besar juga akan memiliki PE yang besar. Rumus untuk energi ini adalah sebagai berikut: E p \u003d mgh, di mana E p adalah energi potensial M- berat badan, g = 9,81 N/kg, h - tinggi badan.

Energi potensial pegas

Benda menyebutkan besaran fisis E p, yang, ketika kecepatan gerak translasi berubah di bawah aksi, berkurang persis sama dengan peningkatan energi kinetik. Pegas (serta benda yang mengalami deformasi elastis lainnya) memiliki PE yang sama dengan setengah produk kekakuannya k per persegi lusi: x = kx 2 : 2.

Energi kinetik: rumus dan definisi

Terkadang makna kerja mekanis dapat dipertimbangkan tanpa menggunakan konsep gaya dan perpindahan, dengan fokus pada fakta bahwa kerja mencirikan perubahan energi benda. Yang kita butuhkan hanyalah massa benda dan kecepatan awal dan akhir, yang akan membawa kita ke energi kinetik. Energi kinetik (KE) adalah energi yang dimiliki tubuh karena gerakannya sendiri.

Angin memiliki energi kinetik dan digunakan untuk menggerakkan turbin angin. Pindah memberi tekanan pada bidang miring sayap turbin angin dan menyebabkannya berputar. Gerak putar ditransmisikan melalui sistem transmisi ke mekanisme yang melakukan pekerjaan tertentu. Air bergerak yang memutar turbin pembangkit listrik kehilangan sebagian CE-nya saat melakukan pekerjaan. Sebuah pesawat terbang tinggi di langit, selain PE, memiliki CE. Jika benda dalam keadaan diam, yaitu kecepatannya relatif terhadap Bumi adalah nol, maka CE relatif terhadap Bumi adalah nol. Secara eksperimental telah ditetapkan bahwa semakin besar massa tubuh dan kecepatan bergeraknya, semakin besar KE-nya. Rumus energi kinetik gerak translasi secara matematis adalah sebagai berikut:

Di mana KE- energi kinetik, M- massa tubuh, v- kecepatan.

Perubahan energi kinetik

Karena kecepatan benda adalah besaran yang bergantung pada pilihan sistem referensi, nilai KE benda juga bergantung pada pilihannya. Perubahan energi kinetik (IKE) tubuh terjadi karena aksi gaya eksternal pada tubuh F. kuantitas fisik TETAPI, yang sama dengan IKE E ke tubuh karena aksi suatu gaya F, disebut usaha: A = E k. Jika sebuah benda bergerak dengan kecepatan v 1 , gaya bekerja F, bertepatan dengan arah, maka kecepatan tubuh akan meningkat selama periode waktu T untuk beberapa nilai v 2 . Dalam hal ini, IKE sama dengan:

Di mana M- massa tubuh; D- jarak yang ditempuh oleh tubuh; V f1 = (V 2 - V 1); V f2 = (V 2 + V 1); a=F:m. Menurut rumus ini energi kinetik dihitung dengan berapa banyak. Rumus juga dapat memiliki interpretasi berikut: E k \u003d Flcos ά , dimana cos adalah sudut antara vektor gaya F dan kecepatan V.

Energi kinetik rata-rata

Energi kinetik adalah energi yang ditentukan oleh kecepatan gerakan berbagai titik yang termasuk dalam sistem ini. Namun, harus diingat bahwa perlu untuk membedakan antara 2 energi yang mencirikan translasi dan rotasi yang berbeda. (SKE) dalam hal ini adalah selisih rata-rata antara totalitas energi seluruh sistem dan energi tenangnya, yaitu sebenarnya nilainya adalah nilai rata-rata energi potensial. Rumus untuk energi kinetik rata-rata adalah sebagai berikut:

di mana k adalah konstanta Boltzmann; T adalah suhu. Persamaan inilah yang menjadi dasar teori kinetika molekuler.

Energi kinetik rata-rata molekul gas

Banyak percobaan telah menetapkan bahwa energi kinetik rata-rata molekul gas dalam gerakan translasi pada suhu tertentu adalah sama dan tidak bergantung pada jenis gas. Selain itu, ditemukan juga bahwa ketika gas dipanaskan sebesar 1 ° C, SEC meningkat dengan nilai yang sama. Lebih tepatnya, nilai ini sama dengan: E k \u003d 2,07 x 10 -23 J / o C. Untuk menghitung berapa energi kinetik rata-rata molekul gas dalam gerak translasi, perlu, selain nilai relatif ini, untuk mengetahui setidaknya satu lagi nilai absolut dari energi gerak translasi. Dalam fisika, nilai-nilai ini ditentukan dengan cukup akurat untuk berbagai suhu. Misalnya, pada suhu t \u003d 500 ° C energi kinetik gerak translasi molekul Ek \u003d 1600 x 10 -23 J. Mengetahui 2 besaran ( E ke dan Ek), kita berdua dapat menghitung energi gerakan translasi molekul pada suhu tertentu, dan memecahkan masalah kebalikan - untuk menentukan suhu dari nilai energi yang diberikan.

Akhirnya, kita dapat menyimpulkan bahwa energi kinetik rata-rata molekul, yang rumusnya diberikan di atas, hanya bergantung pada suhu absolut (dan untuk setiap keadaan agregat zat).

Hukum kekekalan energi mekanik total

Studi tentang gerak benda di bawah pengaruh gaya gravitasi dan elastis menunjukkan bahwa ada kuantitas fisik tertentu, yang disebut energi potensial. E p; itu tergantung pada koordinat tubuh, dan perubahannya sama dengan IKE, yang diambil dengan tanda yang berlawanan: Δ E p =-E k. Jadi, jumlah perubahan KE dan PE benda, yang berinteraksi dengan gaya gravitasi dan gaya elastis, adalah sama dengan 0 : Δ E p +E k \u003d 0. Gaya yang hanya bergantung pada koordinat benda disebut konservatif. Gaya tarik menarik dan gaya elastis merupakan gaya konservatif. Jumlah energi kinetik dan potensial benda adalah energi mekanik total: E p +E k \u003d E.

Fakta ini, yang telah dibuktikan dengan eksperimen yang paling tepat,
ditelepon hukum kekekalan energi mekanik. Jika benda berinteraksi dengan gaya yang bergantung pada kecepatan gerak relatif, energi mekanik dalam sistem benda yang berinteraksi tidak kekal. Contoh gaya jenis ini, yang disebut non-konservatif, adalah gaya gesekan. Jika gaya gesekan bekerja pada tubuh, maka untuk mengatasinya, perlu mengeluarkan energi, yaitu, sebagian digunakan untuk melakukan pekerjaan melawan gaya gesekan. Namun, pelanggaran hukum kekekalan energi di sini hanya bersifat imajiner, karena merupakan kasus terpisah dari hukum umum kekekalan dan transformasi energi. Energi tubuh tidak pernah hilang dan tidak muncul kembali: itu hanya berubah dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Hukum alam ini sangat penting, dilakukan di mana-mana. Hal ini juga kadang-kadang disebut hukum umum kekekalan dan transformasi energi.

Hubungan antara energi dalam suatu benda, energi kinetik dan energi potensial

Energi internal (U) suatu benda adalah energi totalnya dikurangi KE tubuh secara keseluruhan dan PE-nya dalam medan gaya eksternal. Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa energi internal terdiri dari CE dari gerakan kacau molekul, PE interaksi antara mereka, dan energi intramolekul. Energi internal adalah fungsi yang tidak ambigu dari keadaan sistem, yang berarti sebagai berikut: jika sistem berada dalam keadaan tertentu, energi internalnya mengambil nilai bawaannya, terlepas dari apa yang terjadi sebelumnya.

relativisme

Ketika kecepatan tubuh mendekati kecepatan cahaya, energi kinetik ditemukan dengan rumus berikut:

Energi kinetik tubuh, yang rumusnya ditulis di atas, juga dapat dihitung menurut prinsip ini:

Contoh tugas untuk menemukan energi kinetik

1. Bandingkan energi kinetik sebuah bola dengan berat 9 g yang terbang dengan kecepatan 300 m/s dan seseorang dengan berat 60 kg yang berlari dengan kecepatan 18 km/jam.

Jadi apa yang diberikan kepada kita: m 1 \u003d 0,009 kg; V 1 \u003d 300 m / s; m 2 \u003d 60 kg, V 2 \u003d 5 m / s.

Larutan:

• Energi kinetik (rumus): E k \u003d mv 2: 2.
• Kami memiliki semua data untuk perhitungan, dan karena itu kami akan menemukan E ke baik untuk seseorang maupun untuk sebuah bola.
• E k1 \u003d (0,009 kg x (300 m / s) 2): 2 \u003d 405 J;
• E k2 \u003d (60 kg x (5 m / s) 2): 2 \u003d 750 J.
• E k1< E k2.

Jawaban: energi kinetik bola lebih kecil daripada energi kinetik seseorang.

2. Sebuah benda dengan massa 10 kg diangkat ke ketinggian 10 m, setelah itu dilepaskan. Berapa FE yang dimiliki pada ketinggian 5 m? Hambatan udara dapat diabaikan.

Jadi apa yang diberikan kepada kita: m = 10 kg; j = 10 m; H 1 = 5 m; g = 9,81 N/kg. E k1 - ?

Larutan:

• Benda dengan massa tertentu, dinaikkan ke ketinggian tertentu, memiliki energi potensial: E p \u003d mgh. Jika badan jatuh, maka pada ketinggian tertentu h 1 akan mengeluarkan keringat. energi E p \u003d mgh 1 dan kerabat. energi E k1. Agar energi kinetik dapat ditemukan dengan benar, rumus yang diberikan di atas tidak akan membantu, dan oleh karena itu kami akan menyelesaikan masalah menggunakan algoritma berikut.
• Dalam langkah ini, kami menggunakan hukum kekekalan energi dan menulis: E p1 +E k1 \u003d E P.
• Kemudian E k1 = E P - E p1 = mg- mgh 1 = mg(h-h 1).
• Mengganti nilai kami ke dalam rumus, kami mendapatkan: E k1 \u003d 10 x 9,81 (10-5) \u003d 490,5 J.

Jawaban: E k1 \u003d 490,5 J.

3. Roda gila dengan massa M dan radius R, melingkari sumbu yang melalui pusatnya. Kecepatan pembungkus roda gila - ω . Untuk menghentikan roda gila, sepatu rem ditekan ke tepinya, bekerja padanya dengan gaya F gesekan. Berapa putaran yang dilakukan roda gila sebelum benar-benar berhenti? Perhatikan bahwa massa flywheel terkonsentrasi pada rim.

Jadi apa yang diberikan kepada kita: M; R; ω; gesekan F. N-?

Larutan:

• Saat memecahkan masalah, kami akan menganggap putaran roda gila serupa dengan putaran lingkaran homogen tipis dengan jari-jari R dan berat M, yang berputar dengan kecepatan sudut ω.
• Energi kinetik benda tersebut adalah: E k \u003d (J ω 2): 2, dimana J= M R 2 .
• Roda gila akan berhenti asalkan seluruh FE-nya dihabiskan untuk bekerja mengatasi gaya gesekan F gesekan, timbul antara sepatu rem dan pelek: E k \u003d F gesekan *s , di mana 2 RN = (m R 2 ω 2) : 2, di mana N = ( M ω 2 R) : (4 π Ftr).

Jawaban: N = (mω 2 R) : (4πF tr).

Akhirnya

Energi merupakan komponen terpenting dalam semua aspek kehidupan, karena tanpa energi, tidak ada tubuh yang dapat melakukan kerja, termasuk manusia. Kami pikir artikel tersebut menjelaskan kepada Anda apa itu energi, dan presentasi terperinci dari semua aspek salah satu komponennya - energi kinetik - akan membantu Anda memahami banyak proses yang terjadi di planet kita. Dan bagaimana mencari energi kinetik, Anda bisa belajar dari rumus di atas dan contoh penyelesaiannya.

Besaran dalam fisika dan mekanika yang mencirikan keadaan suatu benda atau keseluruhan sistem benda yang berinteraksi dan bergerak disebut energi.

Jenis energi mekanik

Dalam mekanika, ada dua jenis energi:

• Kinetis. Istilah ini mengacu pada energi mekanik dari setiap benda yang bergerak. Ini diukur dengan kerja yang dapat dilakukan tubuh saat mengerem hingga berhenti total.
• Potensi. Ini adalah energi mekanik gabungan dari seluruh sistem benda, yang ditentukan oleh lokasi mereka dan sifat kekuatan interaksi.

Dengan demikian, jawaban atas pertanyaan tentang bagaimana menemukan energi mekanik secara teoritis sangat sederhana. Itu perlu: pertama-tama hitung energi kinetik, lalu energi potensial dan rangkum hasilnya. Energi mekanik, yang mencirikan interaksi benda satu sama lain, adalah fungsi dari posisi dan kecepatan relatif.

Energi kinetik

Karena sistem mekanis, yang bergantung pada kecepatan di mana berbagai titiknya bergerak, memiliki energi kinetik, ia dapat berupa jenis translasi dan rotasi. Satuan SI Joule (J) digunakan untuk mengukur energi.

Mari kita lihat bagaimana menemukan energi. Rumus energi kinetik:

• Contoh=mv²/2,
  • Ek adalah energi kinetik yang diukur dalam Joule;
  • m - berat badan (kilogram);
  • v adalah kecepatan (meter/detik).

Untuk menentukan bagaimana menemukan energi kinetik untuk benda tegar, jumlah energi kinetik gerak translasi dan rotasi diturunkan.

Dengan demikian dihitung, energi kinetik suatu benda yang bergerak dengan kecepatan tertentu menunjukkan pekerjaan yang harus dilakukan oleh gaya yang bekerja pada benda yang diam untuk memberikan kecepatan.

Energi potensial

Untuk mengetahui cara mencari energi potensial, terapkan rumus:

• Ep=mgh
  • Ep adalah energi potensial yang diukur dalam Joule;
  • g - percepatan jatuh bebas (meter persegi);
  • m adalah berat badan (kilogram);
  • h adalah ketinggian pusat massa tubuh di atas tingkat yang sewenang-wenang (meter).

Karena energi potensial dicirikan oleh pengaruh timbal balik dari dua atau lebih benda satu sama lain, serta tubuh dan medan apa pun, sistem fisik apa pun berusaha menemukan posisi di mana energi potensial akan menjadi yang terkecil, dan idealnya nol. energi potensial. Harus diingat bahwa energi kinetik dicirikan oleh kecepatan, dan energi potensial adalah posisi relatif benda.

Sekarang Anda tahu segalanya tentang cara menemukan energi dan nilainya menggunakan rumus fisika.