Для чего нужна кинетическая энергия

Что такое кинетическая энергия

Для чего нужна кинетическая энергия

Кинетическая энергия – это энергия, создаваемая движущимся телом. На греческом языке кинетика означает «движение», в то время как энергия означает «работа». Другими словами, кинетическая энергия – это работа, которую тело выполняет, когда оно движется.

Мы можем воспользоваться кинетической энергией многих природных явлений. Например, движение воды в реке превращается в электричество благодаря электростанциям. Энергия ветра – это кинетическая энергия воздуха. Когда мы прибиваем гвоздь молотком, мы используем кинетическую энергию молотка при его перемещении.

Кинетическая энергия в физике измеряется в джоулях , сокращенно буквой J.

Формула кинетической энергии

Для расчета кинетической энергии тел используется уравнение:

Это означает, что кинетическая энергия Ec равна массе тела m, умноженной на квадрат скорости v, делённые на 2.

Мы можем сделать вывод, что чем больше масса, тем больше энергия, и что энергия пропорциональна скорости, умноженной на себя.

Кинетическая энергия не является вектором. Это означает, что если вы бросаете шар со скоростью 5 м / с, шар будет иметь одинаковую кинетическую энергию, независимо от того, бросаете ли вы его влево или вправо или вверх.

Кинетическая энергия зависит от массы и скорости

Гоночные машины спроектированы с наименьшей массой для улучшения характеристик.

Кинетическая энергия зависит от массы и скорости тела. Это означает, что чем больше или быстрее объект, тем больше энергии он производит.

Примером вышесказанного может быть следующее: грузовик больше, чем автомобиль; Если оба едут с одинаковой скоростью и врезаются в стену, урон, нанесенный грузовиком, будет больше. В этом случае грузовик обладает большей кинетической энергией.

А теперь представьте: две одинаковые машины едут, одна со скоростью 50 км / ч, а другая со скоростью 100 км / ч. Чем выше скорость, тем серьезнее авария.

Таким образом, кинетическая энергия зависит от квадрата скорости. Это означает, что когда скорость объекта удваивается, его кинетическая энергия увеличивается в четыре раза.

Автомобиль, движущийся со скоростью 60 км / ч, имеет в четыре раза больше кинетической энергии, чем автомобиль, движущийся со скоростью 30 км / ч, и, следовательно, в четыре раза больший потенциал разрушения в случае аварии.

Как рассчитать кинетическую энергию тела?

В аэропорту хотят рассчитать кинетическую энергию 30-килограммовой упаковки в системе, которая движется со скоростью 0,500 м / с. Как мы это делаем?

Решение

Мы знаем массу и скорость упаковки, поэтому используем формулу:

Подставляя значения, имеем:

Рассуждение

Единицей кинетической энергии является джоуль, которая является той же для единицы работы. Обратите внимание, что, несмотря на то, что он тяжелый, его кинетическая энергия не так велика из-за его низкой скорости.

Ключевые моменты для запоминания

  • Тело имеет кинетическую энергию, только если оно находится в движении.
  • Кинетическая энергия зависит от массы и скорости тела.

Задача 1 на нахождение кинетической энергии

Слон в 6000 кг бежит со скоростью 10 м / с. Какова его кинетическая энергия? Какова скорость пушечного ядра весом 1 кг, если у него была та же самая кинетическая энергия слона?

Ответ

Используя уравнение кинетической энергии, энергия слона равна:

Рассчитав кинетическую энергию, мы можем получить скорость пули, очистив v:

Это означает, что скорость пули равна 775 м / с. Сравните это со скоростью слона: вот это разница!

Задача 2

Мужчина врезался в столб на своей машине. Когда он пошел, чтобы сообщить о катастрофе, он сказал, что ехал с допустимой скоростью во время аварии. Но следователь помнил физику 7 и 8 класса и установил, что скорость транспортного средства была в два раза выше, чем утверждал водитель. Какова взаимосвязь между кинетической энергией и скоростью, сообщаемой человеком, и кинетической энергией со скоростью, рассчитанной следователем?

Мы будем рассматривать Ec1 как кинетическую энергию транспортного средства на скорости v1, сообщаемой человеком, и Ec2 как кинетическую энергию со значением скорости v2, рассчитанным исследователем. Соотношение между кинетическими энергиями рассчитывается путем деления энергий следующим образом:

Следователь сказал, что скорость во время аварии была вдвое выше, чем сообщал человек, то есть:

Подставим значение скорости в уравнение:

Исключая похожие термины, мы имеем:

Это означает, что кинетическая энергия в соответствии со скоростью, сообщаемой человеком, составляет четверть кинетической энергии по расчетам следователя. Проще говоря, ущерб, нанесенный автомобилем, был в четыре раза больше, чем сообщал мужчина.

Источник: https://yznavai.ru/chto-takoe-kineticheskaja-jenergija/

Релятивистская кинетическая энергия

Для чего нужна кинетическая энергия

Физика > Релятивистская кинетическая энергия

Изучите формулу для кинетической энергии релятивистской частицы. Узнайте, как определить релятивистскую кинетическую энергию, связь с импульсом, полная энергия.

В виде формулы релятивистская кинетическая энергия задается как: (m – масса покоя, v – скорость, c – скорость света).

Задача обучения

  • Сопоставьте классическую и кинетическую релятивистские энергии для объектов, чья скорость меньше или приближается к световой.

Основные пункты

  • В формуле видно, что энергия объекта близится к бесконечности, если скорость приближается к световой. Поэтому нельзя ускорить объект на границе.
  • Расчеты кинетической энергии проводят по формуле: Eпокоя = E0 = mc2.
  • При низком скоростном показателе релятивистская кинетическая энергия может быть аппроксимирована классической. Поэтому полная энергия делится на энергию массы в состоянии покоя с добавлением традиционной кинетической.

Термины

  • Коэффициент Лоренца – фактор для определения степени временного замедления, сокращения длины и релятивистской массы перемещающегося объекта.
  • Классическая механика – все физические законы природы, характеризующие поведение обычного мира.
  • Специальная теория относительности: скорость света остается стабильной в любой системе отсчета.

Кинетическая энергия основывается на массе тела и скорости. Задается формулой: (m – масса, v – скорость тела).

Классическая кинетическая энергия связана с импульсом уравнением:

(р – импульс).

Если скорость объекта составляет примечательную часть световой, то для определения кинетической энергии нужно воспользоваться специальной теорией относительности. Здесь необходимо изменить выражение для линейного импульса. Формула:

p = mγv, где γ – коэффициент Лоренца:

Кинетическая энергия обладает связью с импульсом, поэтому релятивистское выражение отличается от классического:

Из формулы видно, что энергия объекта подходит к бесконечности, когда скорость приближается к световой. Поэтому нельзя ускорить объект на этой черте.

Математическим побочным результатом выступает уравнение эквивалентности массы-энергии. Тело в позиции покоя обязано обладать энергией:

Популярную связь между Эйнштейном, E = mc2 и атомной бомбой отобразили на обложке журнала

Eпокоя = E0 = mc2.

Общая формула для энергии объекта, не пребывающего в позиции покоя:

KE = mc2 — m0c2 (m – релятивистская масса объекта, а m0 – масса объекта в состоянии покоя).

При низких скоростях релятивистская кинетическая энергия может аппроксимироваться классической. Это показывают на разложении Тейлора:

Eк ≈ mc2 (1 + 0.5 v2/с2) — mc2 = 0.5 mv2.

Выходит, что полную энергию можно поделить на энергию массы покоя с добавлением классический кинетической при небольших скоростных показателях.

Читайте нас на Яндекс.Дзен

Источник: https://v-kosmose.com/fizika/relyativistskaya-kineticheskaya-energiya/

Чем отличается кинетическая энергия от потенциальной? — Всё просто

Для чего нужна кинетическая энергия

/ разница между / Разница между кинетической энергией и потенциальной энергией

Энергия подразумевает как способность объекта выполнять работу. Это то, что не может быть создано или уничтожено, но может быть только преобразовано.

Объект теряет свою энергию, когда он выполняет работу, тогда как он получает энергию, когда работа над ним выполняется. Энергия широко классифицируется как кинетическая энергия и потенциальная энергия.

В то время как кинетическая энергия – это энергия, которую содержит объект из-за определенного движения.

С другой стороны, потенциальная энергия – это запасенная энергия из-за состояния покоя. Поскольку обе эти формы энергии измеряются в джоулях, люди легко путаются между этими двумя. Итак, прочитайте статью, которая поможет вам понять разницу между кинетической и потенциальной энергией.

Сравнительная таблица

Основа для сравненияКинетическая энергияПотенциальная энергия
Имея в виду Кинетическая энергия относится к энергии, присутствующей в объекте, из-за его свойства быть в движении. Энергия, содержащаяся в объекте в силу его положения, называется потенциальной энергией.
перемещаемость Можно переносить между объектами. Не может быть передан между объектами.
Измерено от Поместите себя Низ
Экологически относительное Относительно окружающей среды объекта. Не относится к окружающей среде объекта.
Уравнение 0, 5 mv 2, где m = масса, а v = скорость мг, где м = масса, г = сила тяжести и ч = высота

Определение кинетической энергии

Проще говоря, энергия движения – это кинетическая энергия. Работа, необходимая для ускорения объекта определенной массы, от состояния покоя до движения.

Чтобы ускорить объект, мы применяем силу, посредством которой энергия передается от одного объекта к другому, заставляя объект двигаться с новой и постоянной скоростью.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как происходит электризация

Передаваемая энергия называется кинетической энергией, определяемой скоростью и массой объекта, т.е. чем больше масса и скорость, тем больше кинетической энергии она содержит.

Кинетическая энергия объекта, находящегося в движении с определенной скоростью, такая же, как и работа над ним.

Все объекты, которые находятся в движении или действии, независимо от горизонтального или вертикального движения, обладают кинетической энергией. Это энергия, которую объект приобретает благодаря состоянию его движения.

Например, падение кокоса, течение реки, движение автомобиля или автобуса и т. Д. Различные формы кинетической энергии:

  • Колебательная энергия
  • Энергия вращения
  • Трансляционная энергия

Определение потенциальной энергии

Термин потенциальная энергия подразумевает энергию, которая хранится в объекте в состоянии покоя вследствие его положения относительно нулевого положения.

Энергия накапливается в физическом теле благодаря преодолению сил природы. Он присутствует в каждом объекте, который имеет положение и массу в силовом поле.

Например, тетрадь на столе, мяч на вершине холма, натянутая резинка и т. Д.

Когда состояние объекта изменяется от покоя к движению, потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию.

Он заставляет объект возвращаться в исходное положение, то есть в состояние покоя, потому что он работает против любого смещения, поэтому он известен как восстановление энергии.

С увеличением скорости движущегося объекта потенциальная энергия уменьшается, и наоборот. Различные типы потенциальной энергии:

  • Гравитационная энергия
  • Упругая энергия
  • Электроэнергия
  • Химическая энергия
  • Ядерная энергия

Ключевые различия между кинетической и потенциальной энергией

Точки, приведенные ниже, заслуживают внимания, поскольку речь идет о разнице между кинетической и потенциальной энергией:

  1. Энергия, связанная с объектами в движении или действии, называется кинетической энергией. Потенциальная энергия определяется как энергия, содержащаяся в объекте, в результате его состояния покоя.
  2. Кинетическая энергия может передаваться между объектами. С другой стороны, потенциальная энергия не может передаваться между объектами.
  3. В то время как кинетическая энергия измеряется от самого места, потенциальная энергия измеряется снизу.
  4. Кинетическая энергия относительно окружающей среды движущегося тела. В отличие от этого, потенциальная энергия не связана с окружающей средой физического тела.
  5. Кинетическая энергия может быть определена скоростью / скоростью или массой движущегося объекта. И наоборот, факторами, определяющими потенциальную энергию, являются масса, сила тяжести и высота / расстояние от объекта.

Заключение

Подводя итог, можно сказать, что потенциальная энергия связана с положением, в то время как кинетическая энергия фокусируется на движении. Первый готов к выпуску, а второй уже в движении. Кинетическая энергия зависит от двух факторов, которые являются скоростью и массой объекта, но потенциальная энергия зависит от положения и состояния объекта.

Источник: https://vseprostdo.ru/chem-otlichaetsya-kineticheskaya-energiya-ot-potencialnoj.html

Энергия: потенциальная и кинетическая энергия

Слово «энергия» в переводе с греческого означает «действие». Энергичным мы называем человека, который активно двигается, производя при этом множество разнообразных действий.

И если в жизни энергию человека мы можем оценивать в основном по последствиям его деятельности, то в физике энергию можно измерять и изучать множеством различных способов. Ваш бодрый друг или сосед, скорее всего, откажется повторить тридцать-пятьдесят раз одно и то же действие, когда вдруг вам взбредет на ум исследовать феномен его энергичности.

А вот в физике вы можете повторять почти любые опыты сколь угодно много раз, производя необходимые вам исследования. Так и с изучением энергии. Ученые-исследователи изучили и обозначили множество видов энергии в физике. Это электрическая, магнитная, атомная энергия и так далее. Но сейчас мы поговорим о механической энергии. А конкретнее о кинетической и потенциальной энергии.

Кинетическая и потенциальная энергия

В механике изучают движение и взаимодействие тел друг с другом. Поэтому принято различать два вида механической энергии: энергию, обусловленную движением тел, или кинетическую энергию, и энергию, обусловленную взаимодействием тел, или потенциальную энергию.

В физике существует общее правило, связывающее энергию и работу. Чтобы найти энергию тела, надо найти работу, которая необходима для перевода тела в данное состояние из нулевого, то есть такого, при котором его энергия равна нулю.

Потенциальная энергия

В физике потенциальной энергией называют энергию, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела. То есть, если тело поднято над землей, то оно обладает возможностью падая, произвести какую-либо работу.

И возможная величина этой работы будет равна потенциальной энергии тела на высоте h.  Для потенциальной энергии формула определяется по следующей схеме:

A=Fs=Fт*h=mgh,     или      Eп=mgh,

где Eп потенциальная энергия тела,m масса тела,h — высота тела над поверхностью земли,

g ускорение свободного падения.

Причем за нулевое положение тела может быть принято любое удобное нам положение в зависимости от условий проводимых опыта и измерений, не только поверхность Земли. Это может быть поверхность пола, стола и так далее.

Кинетическая энергия

В случае, когда тело движется под влиянием силы, оно уже не только может, но и совершает какую-то работу. В физике кинетической энергией называется энергия, которой обладает тело вследствие своего движения. Тело, двигаясь, расходует свою энергию и совершает работу. Для кинетической энергии формула рассчитывается следующей образом:

A = Fs = mas = m * v / t * vt / 2 = (mv2) / 2  ,    или      Eк= (mv2) / 2 ,

где Eк кинетическая энергия тела,m масса тела,

v скорость тела.

Из формулы видно, что чем больше масса и скорость тела, тем выше его кинетическая энергия. 

Каждое тело обладает либо кинетической, либо потенциальной энергией, либо и той, и другой сразу, как, например, летящий самолет.

Формула энергии в физике всегда показывает, какую работу совершает или может совершить тело. Соответственно, единицы измерения энергии такие же, как и работы джоуль (1 Дж).

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Коэффициент полезного действия механизмов: расчет, формула + примеры
Следующая тема:   Превращение энергии: закон сохранения энергии

Источник: http://www.nado5.ru/e-book/ehnergiya-potencialnaya-i-kineticheskaya-ehnergiya

Кинетическая энергия и ее изменение — Гипермаркет знаний

Гипермаркет знаний>>Физика и астрономия>>Физика 10 класс>>Физика: Кинетическая энергия и ее изменение

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия — это энергия тела, которую оно имеет вследствие своего движения.

Если говорить простым языком, то под понятием кинетической энергии следует подразумевать только ту энергию, которую имеет тело при движении. Если же тело пребывает в состоянии покоя, то есть, совершенно не движется, тогда кинетическая энергия будет равняться нулю.

Кинетическая энергия равняется той работе, которую она должна затратить, чтобы вывести тело из состояния покоя в состояние движения с какой-то скоростью.

Следовательно, кинетическая энергия является разностью между полной энергией системы и её энергией покоя. Иначе говоря, что кинетическая энергия будет частью полной энергии, которая обусловленная движением.

Давайте попробуем разобраться в понятии кинетической энергии тела. Для примера возьмем движение шайбы по льду и попробуем понять связь между величиной кинетической энергии и работой, которая должна быть выполнена, чтобы вывести шайбу из состояния покоя и привести ее в движение, имеющее некоторую скорость.

Пример

Играющий на льду хоккеист, ударив клюшкой по шайбе сообщает ей скорость, а так и кинетическую энергию. Сразу после удара клюшкой, шайба начинает очень быстрое движение, но постепенно ее скорость замедляется и наконец, она совсем останавливается.

Это значит, что уменьшение скорости явилось результатом силы трения, происходящей между поверхностью и шайбой. Тогда сила трения будет направлена против движения и действия этой силы сопровождаются перемещением.

Тело же использует имеющую механическую энергию, выполняя работу против силы трения.

Из этого примера мы видим, что кинетическая энергия будет той энергией, которую тело получает в результате своего движения.

Следовательно, кинетическая энергия тела, имеющая определенную массу, будет двигаться со скоростью равной той работе, которую должна выполнить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему данную скорость:

Кинетическая энергия является энергией движущегося тела, которая равняется произведению массы тела на квадрат его скорости, деленной пополам.

Свойства кинетической энергии

К свойствам кинетической энергии относятся: аддитивность, инвариантность по отношению к повороту системы отсчета и сохранение.

Такое свойство, как аддитивность являет собой кинетическую энергию механической системы, которая слагается из материальных точек и будет равна сумме кинетических энергий всех материальных точек, которые входят в эту систему.

Свойство инвариантности по отношению к повороту системы отсчета обозначает, что кинетическая энергия не зависит от положения точки и направления её скорости. Ее зависимость распространяется лишь от модуля или от квадрата её скорости.

Свойство сохранения обозначает, что кинетическая энергия при взаимодействиях, изменяющих лишь механические характеристики системы, совершенно не изменяется.

Это свойство неизменно по отношению к преобразованиям Галилея. Свойства сохранения кинетической энергии и второго закона Ньютона будет вполне достаточно, для выведения математической формулы кинетической энергии.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как проверить работает ли диод

Соотношение кинетической и внутренней энергии

Но существует такая интересная дилемма, как то, что кинетическая энергия может быть зависимой от того, с каких позиций рассматривать эту систему. Если, например, мы берем объект, который можно рассмотреть только под микроскопом, то, как единое целое, это тело неподвижно, хотя существует и внутренняя энергия. При таких условиях кинетическая энергия появляется только тогда, когда это тело движется, как единое целое.

То же тело, если рассматривать на микроскопическом уровне, обладает внутренней энергией, обусловленной движением атомов и молекул, из которых оно состоит. А абсолютная температура такого тела будет пропорциональна средней кинетической энергии такого движения атомов и молекул.

Источник: https://edufuture.biz/index.php?title=%D0%9A%D0%B8%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B8%D1%8F_%D0%B8_%D0%B5%D0%B5_%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

Работа и кинетическая энергия

Замечание 1

Термин «работа» введен в физике в 1826 г., его автором выступил французский ученый Ж. Понселе. Если в повседневной жизни работой называется только труд человека, то в рамках физики (в частности, — механики) считается, что работа совершается определенной силой воздействия.

Работа, таким образом, представляет в физике физическую величину, скалярную количественную меру воздействия силы (или равнодействующей сил) на тело (систему тел). Работа будет зависеть от:

  • численной величины;
  • направления силы (сил);
  • перемещения тела (системы тел).

В момент перемещения тела по горизонтальной плоскости сила тяжести не совершает работу. Также при движении по круговой орбите спутника, например, сила тяготения работу не совершает. Полная работа (при действии на тело нескольких сил) будет равной работе результирующей силы.

Замечание 2

В механике кинетическая энергия вводится в прямой взаимосвязи с таким понятием, как «работа». Кинетическая энергия характеризуется энергией перемещения тела. Соответственно, если имеется некий объект с какой-то массой и скоростью, он и будет обладать кинетической энергией. Но относительно разных систем отсчета данная кинетическая энергия может оказаться различной для одного и того же объекта.

  • Курсовая работа 440 руб.
  • Реферат 260 руб.
  • Контрольная работа 190 руб.

Работа сил, приложенных к материальным точкам

Суммарная работа, направленная на перемещение одной материальной точки и совершаемая несколькими силами, приложенными к ней, определяется векторной суммой этих сил.

Если материальная точка движется прямолинейно и приложенная к ней сила имеет постоянное значение, работа будет выражаться произведением проекции вектора силы и направления движения, а также длины вектора перемещения, совершаемого точкой:

Рисунок 1. Работа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

В общем случае, при непостоянстве силы и не прямолинейности движения, работу можно вычислить как криволинейный интеграл 2 рода по траектории точки:

Рисунок 2. Работа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При существовании зависимости силы от координат, интеграл определяется формулой:

Рисунок 3. Работа. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Работа сил, направленных на перемещение системы материальных точек определяется в виде суммы работ данных сил по перемещению каждой из точек (работы, которые совершались над каждой точкой системы, суммируются в работу таких сил над системой).

Даже если тело не представляет систему дискретных точек, его мысленно можно разбить на множество частиц (бесконечно малых элементов), каждая из которых может считаться материальной точкой, и вычислить работу в соответствии с вышеприведенным определением. В данном случае дискретная сумма заменяется интегралом.

Данные определения могут быть применены для вычисления работы конкретной силы (класса сил), а также для вычисления полной работы, которую совершают все силы, воздействующие на систему.

Кинетическая энергия в классической механике

Кинетическая энергия выражается скалярной функцией, представляющей меру перемещения материальных точек, которые формируют рассматриваемую механическую систему. Такая энергия зависит исключительно от модулей скоростей этих точек и масс. Если рассматривается движение со скоростями гораздо меньше скорости света, то кинетическую энергию записывают так:

Рисунок 4. Кинетическая энергия. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Зачастую в классической механике выделяют кинетическую энергию движения:

  • вращательного;
  • поступательного.

Замечание 3

В более строгом определении кинетическая энергия характеризуется разностью между полной энергией системы и энергией покоя. Она, таким образом, считается частью полной энергии, обусловленной движением. Когда отсутствует движение (тело находится в состоянии покоя), его кинетическая энергия имеет нулевое значение.

По определению, кинетическая энергия материальной точки с некоторой массой считается величина

Рисунок 5. Кинетическая энергия. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При этом скорость точки предполагается всегда гораздо меньше скорости света. С включением понятия импульса рассматриваемое выражение примет следующий вид:

Рисунок 6. Кинетическая энергия. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

При замкнутости системы (внешние силы отсутствуют) или нулевом значении равнодействующей всех сил, величина, стоящая под дифференциалом сохраняет свое постоянство. Таким образом, кинетическая энергия представляет интеграл движения.

При изучении перемещения абсолютно твердого тела, оно может быть представлено в виде совокупности материальных точек. Однако, стандартно кинетическую энергию в таком случае записывают с применением формулы Кёнига:

Рисунок 7. Формула Кёнига. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Потенциальная энергия пружины и кинетическая – что это, какая формула?

Во многих механизмах используется потенциальная и кинетическая энергия пружины. Их используют для выполнения различных действий.

В отдельных узлах они фиксируют детали в определенном положении, не позволяя смещать в какую-либо сторону (барабан револьвера относительно корпуса).

Другие пружинные системы возвращают исполнительный механизм в исходное положение (курок ручного огнестрельного оружия). Есть устройства, где узлы с гибкими свойствами совершают перемещения в устойчивое положение (механические стабилизаторы).

Работа связана с изменением геометрических параметров упругого тела. Прилагая нагрузку, заставляют эластичную деталь сжиматься (растягиваться или изгибаться). При этом наблюдается запасание энергии. Возвратное действие сопровождается набором скорости. Попутно возрастает кинетическая энергия.

Потенциальная энергия пружины

Рассматривая в качестве накопителя энергии пружину, следует отметить ее отличительные свойства от иных физических тел, которые могут накапливать энергетический потенциал. Традиционно понимается следующее: для накопления потенциала для последующего движения необходимо совершение движения в силовом поле:

Еп = F ⋅ l, Дж (Н·м),

где Еп– потенциальная энергия положения, Дж;
F – сила, действующая на тело, Н;
l – величина перемещения в силовом поле, м.

Энергия (работа) измеряются в Джоулях. Величина представляет произведение силы (Н) на величину перемещения (м).

Если рассматривать условие в поле тяготения, то величина силы находится произведением ускорения свободного падения на массу. Здесь сила веса находится с учетом g:

Еп = G ⋅ h = m ⋅ g ⋅ h, Дж

здесь G – вес тела, Н;
m – масса тела, кг;
g – ускорение свободного падения. На Земле эта величина составляет g = 9,81 м/с².

Если расстраивается пружина, то силу F нужно определять, как величину, пропорциональную перемещению:

F = K ⋅ x, Н,

где k – модуль упругости, Н/м;
х – перемещение при сжатии, м.

Величина сжатия может изменяться по величине, поэтому математики предложили анализировать подобные явления с помощью бесконечно малых величин (dx) .

При наличии непостоянной силы, зависящей от перемещения, дифференциальное уравнение запишется в виде:

dEп = k ⋅ x ⋅ dx

здесь dEп – элементарная работа, Дж;
dx – элементарное приращение сжатия, Н.

Интегральное уравнение на конечном перемещении запишется в виде. Ниже вывод формулы:

Пределами интегрирования является интервал от до х. Деформированная пружина приобретает запас по энергетическим показателям

Окончательно формула для расчета величины потенциальной энергии сжатия (растягивания или изгиба) пружины запишется формулой:

Закон сохранения механической энергии

Закон сохранения энергии существует независимо от желания наблюдателя. Все физические законы имеют статистический характер: существуют только подтверждения их выполнения, нет ни одного адекватно выполненного опыта, при котором наблюдается нарушение этой закономерности. Природные явления только подтверждают сохранность работы и энергозатрат, затраченных на ее выполнение.

На основании изложенного сформулировано положение:

где Ек – кинетическая энергия, Дж.

Рассматривая перемещения тела, наблюдаются изменения потенциальной и кинетической энергий. При этом сумма значений остается постоянной.

Проще всего проследить за изменениями между разными видами энергетических показателей при рассмотрении движения маятника.

Из крайнего положения (шарик на нити отклонился в одну из сторон, Еп = max) тело движется под действием силы тяжести. При этом снижается запасенная энергия. Движение сопровождается увеличением скорости. Поэтому нарастают показатели динамического перемещения Ек.

В нижней точке не остается никаких запасенных эффектов от положения шарика. Он опустился да минимума. Теперь Ек =max.

Поучается, при совершении гармонических колебаний маятник поочередно накапливает то один, то другой вид энергии. Механические превращения из одного вида в другой налицо.

Использование энергии пружины на практике

Явление преобразования потенциальной энергии пружины в кинетическую используется при стрельбе из лука.

Натягивая тетиву, стреле сообщается потенциал для последующего движения. Чем жестче лук, а также ход при натягивании тетивы, тем выше будет запасенная энергия. Распрямляясь дуги этого оружия, придадут метательному снаряду значительную скорость.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Как перевести квт в КВ

В результате стрела полетит в цель. Ее поражающие свойства определятся величиной кинетической энергии (mv²/2).

Для гашения колебаний, возникающих при движении автомобиля, используют амортизаторы. Основным элементом, воспринимающим вертикальную нагрузку, являются пружины. Они сжимаются, а потом возвращают энергию кузову. В результате заметно снижается ударное воздействие. Дополнительно устанавливается гидроцилиндр, он снижает скорость обратного движения.

Рассмотренные явления используют при проектировании механизмов и устройств для автоматизации процессов в разных отраслях промышленности.

закон Гука и энергия упругой деформации.

Источник: https://metmastanki.ru/energiya-pruzhiny

10 лучших примеров кинетической энергии

Кинетическая энергия — это энергия движения: если что-то движется, говорят, что оно имеет кинетическую энергию. Согласно классической механике, кинетическая энергия (E) невращающегося объекта зависит от его массы (m) и скорости (v).

E = ½mv 2

Поскольку энергия является скалярной величиной, она не зависит от направления и всегда положительна. Если вы удвоите массу, вы удвоите и энергию. Однако, если вы удвоите скорость, энергия увеличится в четыре раза.

Кинетическую энергию можно разделить на три группы в зависимости от типа движения объекта.

  1. Поступательная кинетическая энергия: это энергия, обусловленная движением из одного положения в другое. Например, поезд, движущийся по рельсам, или предметы, свободно падающие под действием силы тяжести, обладают поступательной кинетической энергией.
  2. Вращательная кинетическая энергия: энергия, возникающая из-за вращательного движения. Вращение Земли является прекрасным примером вращательной кинетической энергии.
  3. Колебательная кинетическая энергия — это энергия, обусловленная колебательным движением. Движение камертона является ярким примером вибрационной кинетической энергии.

Стандартная единица измерения кинетической энергии является Джоуль. Она может передаваться между объектами и преобразовываться в другие виды энергии.

Например, бегун использует химическую энергию (предоставляемую пищей) для ускорения. В этом случае химическая энергия преобразуется в энергию движения, т.е. кинетическую энергию. Однако этот процесс не является полностью эффективным, так как много энергии теряется в тепле.

Кинетическая энергия в основном проявляется в пяти различных формах: механической, электрической, тепловой, излучающей и звуковой. Чтобы лучше объяснить это количественное свойство, мы собрали несколько простейших и наиболее основных примеров кинетической энергии, которая происходит в повседневной жизни.

1. Движущийся автомобиль

Форма механической энергии

Само определение кинетической энергии — это энергия, которой тело обладает в силу движения. По этому определению каждое движущееся транспортное средство обладает определенной кинетической энергией.

Чем больше масса и скорость транспортного средства, тем больше кинетической энергии он будет иметь. У автомобиля будет более высокая кинетическая энергия, чем у мотоцикла (учитывая, что оба движутся с одинаковой скоростью, но у автомобиля больше массы).

Точно так же летающий истребитель или космический корабль (такой как Международная космическая станция на низкой околоземной орбите) обладает очень большим количеством кинетической энергии.

2. Езда на велосипеде

Форма механической энергии

Езда на велосипеде-это богатый источник кинетической энергии. Велосипедист изначально имеет химическую энергию, хранящуюся в его организме в результате приема пищи. По мере того как он прикладывает направленную вниз силу на педаль велосипеда, химическая энергия преобразована в кинетическую энергию.

Однако такое преобразование энергии не очень эффективно. Велосипедист также использует значительное количество химической энергии для получения тепла и преодоления трения и сопротивления воздуха.

3. Падение телефона на пол

Форма механической энергии

Что происходит, когда вы случайно роняете свой телефон? Он ускоряется за счет гравитационной силы, набирая скорость и импульс.

Любой падающий объект будет продолжать ускоряться до тех пор, пока восходящая сила сопротивления воздуха полностью не уравновесит нисходящую силу, действующую из-за гравитации. В этом случае, однако, мы можем пренебречь сопротивлением воздуха, так как оно намного ниже силы тяготения.

Изначально, в самой высокой точке, телефон обладает максимальной потенциальной энергией. При падении эта энергия преобразуется в кинетическую энергию. Чем больше масса телефона, тем больше кинетической энергии он будет достигать .

Когда телефон ударяется о пол, эта кинетическая энергия переходит в производство звука, вызывая отскок телефона, и ломает или деформирует его тело.

4. Пуля, выпущенная из пистолета

Форма механической энергии

Пуля, летящая по воздуху, обладает чрезвычайно высокой кинетической энергией. Ее также называют дульной энергией. Если не принимать во внимание внешние факторы (такие как гравитация и аэродинамика), то дульная энергия примерно указывает на разрушительный потенциал данного огнестрельного оружия или патрона.

Чем быстрее движется пуля и чем она тяжелее, тем выше ее кинетическая энергия и тем больше урона она нанесет.

5. Молния во время грозы

Форма электрической энергии

Электрическая энергия — это вид кинетической энергии, вызываемой потоком отрицательно заряженных электронов. Количество энергии пропорционально скорости движения электронов: чем быстрее они движутся, тем больше энергии они несут. Именно это движение электронов и питает наши электрические устройства.

Молния во время грозы является ярким примером электрической энергии. То, что вы на самом деле видите, это мгновенный разряд электронов, вызванный статическим электричеством в облаках. По мере того, как молния нагревает воздух, она производит ударную волну, вызывая звук грозы.

6. Электричество, обеспечиваемое автомобильной аккумуляторной батареей

Форма электрической энергии

Автомобильный аккумулятор преобразует химическую энергию в электрическую, доступ к которой осуществляется через клеммы аккумулятора. Химический процесс в разрядной батарее освобождает электроны от анода к катоду. Эти движущиеся электроны обеспечивают электричество для цепей в автомобиле.

Для зарядки батареи поток электронов обратный (от катода к аноду). Кроме того, эти аккумуляторы предназначены для выпуска высокого всплеска тока, а затем быстро заряжается.

7. Вибрирующие стереодинамики

Форма звуковой энергии

Звук — это движение энергии через среду (такую как вода или воздух) и вызвано вибрациями. Звуковая энергия распространяется в виде волн и достигает наших барабанных перепонок, которые затем вибрируют, и наш мозг интерпретирует ее как звук.

тереодинамики (или все, что производит звук) работает таким же образом. Если вы проигрываете его громче и кладете на него руку, вы почувствуете, как он вибрирует. Что на самом деле происходит, так это то, что колонка движется вперед и назад, надавливая на частицы воздуха, что изменяет давление воздуха и генерирует звуковые волны.

Еще одним отличным примером может служить игра на барабанах; когда вы бьете по барабану, его поверхность вибрирует и вызывает звук.
В отличие от света, звук не может проходить через вакуум, так как нет атомов, которые могли бы передавать вибрацию.

8. Фотоны, испускаемые лампой накаливания

Форма излучающей энергии

В традиционной электрической лампочке, также называемой лампой накаливания, электрический ток перемещается от одного металлического контакта к другому. По мере того как течение пропускает через проводы и нить вольфрама, нить нагрюет до пункта где она начинает испустить фотоны, небольшие пакеты видимого света.

Лампа также производит много тепла в дополнение к свету. Лампа накаливания мощностью 60 ватт, например, преобразует 60 джоулей электрической энергии в секунду в световую и тепловую энергию — обе формы излучаемой энергии.

Энергия излучения — это энергия, которая перемещается частицами или волнами. Она генерируется электромагнитными волнами, которые мы обычно испытываем в виде тепла.

9. Радиоволны, движущиеся со скоростью света

Форма излучающей энергии

Радиоволны также движутся в форме волн. Они имеют частоты от 3 кГц до 300 ГГц и соответствующие длины волн 100 километров и 1 миллиметр. Как и другие электромагнитные волны, радиоволны движутся со скоростью света. Радиостанции используют эти волны для передачи их содержания на большие расстояния.

Другим хорошим примером излучаемой энергии являются лучи, исходящие от Солнца. Вот почему вы чувствуете себя жарче в солнечном свете, чем в тени.

10. Кипящая вода

Форма тепловой энергии

Как и энергия излучения, тепловую энергию можно испытать в виде тепла или излучения. Однако между ними есть большая разница: если энергия излучения описывает движение частиц или волн, то тепловая энергия относится к уровню активности между молекулами и атомами в объекте.

Когда атомы и молекулы движутся быстрее и сталкиваются друг с другом, они создают тепловую энергию. Из-за этого движения тепловая энергия считается формой кинетической энергии.
Кипящая вода — лучший способ визуализации тепловой энергии. При нагревании воды кинетическая энергия отдельных молекул воды увеличивается. И она продолжает расти с температурой до тех пор, пока вода не достигнет точки кипения.

Примером кинетической энергии является также геотермальная энергия, получаемая в результате вулканического действия Земли и распада природных минералов.

Источник: https://new-science.ru/10-luchshih-primerov-kineticheskoj-energii/

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Электрогенератор
Какую мощность может выдержать розетка

Закрыть