ሜካኒካል ኢነርጂ - ችግሮች እና መፍትሄዎች

ሜካኒካል ኢነርጂ - ችግሮች እና መፍትሄዎች

የሥራ-ሜካኒካል የኃይል መርህ

1. በብሎክ እና በወለል (μk) መካከል ያለው _{የኪነቲክ} ግጭት ኮፊሸንት 0.5 ነው። የአንድ ነገር(ዎች) መፈናቀል ምንድነው ? በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠረው ፍጥነት 10 ሜ/ሰ ² ነው ።

የሚታወቅ፦

የኪነቲክ ግጭት ኮፊሸንት (μk ₎ = 0.5

የብሎክ ክብደት (ሜ) = 4 ኪ.ግ.

በስበት ኃይል (ግ) ምክንያት የሚፈጠረው ፍጥነት 10 ሜ/ሰ ^{2 ነው}

የብሎክ ክብደት (w) = mg = (4)(10) = 40 ኒውተን

በአግድም አውሮፕላን ላይ ብሎክ ከሆነ መደበኛው ኃይል (N) = ክብደት (w) = 40 ኒውተን።

በአግድም አውሮፕላን ላይ ብሎክ ከሆነ መደበኛው ኃይል (N) = ክብደት (w) = 40 ኒውተን።

የመጀመሪያ ፍጥነት (v ₁ ) = 5 ሜ/ሰ

የመጨረሻ ፍጥነት (v ₂ ) = 0 ሜ/ሰ

የሚፈለግ ፡ የነገር መፈናቀል (መ)?

መፍትሔው

የሥራ-ሜካኒካል የኢነርጂ መርህ እንደሚያመለክተው በንዑስ ተከላካይ ኃይል የሚሠራው ሥራ (W) ከአንድ ነገር የሜካኒካል ኢነርጂ ለውጥ ጋር ተመሳሳይ ነው። የሜካኒካል ኢነርጂ ለውጥ = የመጨረሻው የሜካኒካል ኢነርጂ - የመጀመሪያው የሜካኒካል ኢነርጂ።

የኪነቲክ ግጭት ኃይል ከጥንቃቄ ውጪ ከሆኑ ኃይሎች አንዱ ሲሆን በብሎኩ ላይ የሚሠራው ብቸኛው ወግ አጥባቂ ያልሆነ ኃይል ነው።

ወ = ΔME

f _k d = ME ₂ – ME ₁

በኪነቲክ ግጭት ኃይል የተሰራ ስራ፡

ወ = f _k d = (μ _k )(N)(d) = (0.5)(40)(d) = 20 መ

የሜካኒካል ኃይል ለውጥ;

ΔME = ME ₂ - ME ₁ = (KE + PE) ₂ - (KE + PE) ₁

ነገር በአግድም አውሮፕላን ላይ ይንቀሳቀሳል እና የቁመት ለውጥ የለም (Δh = 0) ስለዚህ የስበት ኃይል እምቅ ኃይል ምንም ለውጥ የለም (ΔPE = PE ₂ – PE _{1 = 0)። ስለዚህ} የሜካኒካል ኃይል ለውጥ የኪነቲክ ኃይል ለውጥን ብቻ ያካትታል ።

ΔME = KE ₂ - KE ₁ = ½ mv ₂ ² - ½ mv ₁ ² = ½ ሜትር (ቁ ₂ ² - ቁ ₁ ² )

Δ M ኢ = ½ (4) (0 ² - 5 ² ) = (2) (25) = 50

የብሎክ መፈናቀል፡

ወ = ΔME

20 ሰ = 50

s = 50 / 20

s = 2.5 ሜትር

የሜካኒካል ኢነርጂ ጥበቃ መርህ

2. ነገር A እና ነገር B ተመሳሳይ ክብደት አላቸው። ነገር A ነፃ ከ h ሜትር ቁመት ይወድቃል እና ነገር B ነፃ ከ 2 ሰዓት ሜትር ቁመት ይወድቃል። ነገር A በ vm/s መሬት ላይ ቢመታ፣ ነገር B መሬት ላይ ሲመታ የኪነቲክ ኃይል ምን ያህል ነው።

መፍትሔው

የነገር B የመጨረሻ ፍጥነት ከ2 ሰዓት ከፍታ ሲወርድ፡

v ² = 2 ግ (2 ሰዓት) = 4 ግ

የነገር B ኪነቲክ ኃይል፡

TO _B = ½ mv ² = ½ m (4 gh) = 2 mgh —– እኩልታ 1

የነገር B የመጀመሪያ ሜካኒካል ኃይል = የስበት ኃይል እምቅ ኃይል = mg h።

የነገር B የመጨረሻ ሜካኒካል ኃይል = የኪነቲክ ኃይል = ½ mv ² ።

የሜካኒካል ኢነርጂ ጥበቃ መርህ፡

ሚግኤች = ½ mv ²

ምክንያቱም mgh = ½ mv ² ከዚያም እኩልታ 1 ውስጥ በ ½ mv ^{2 ውስጥ} mgh መቀየር እንችላለን ።

የነገር B = 2 ሚ.ግ. በሰዓት = 2(½ mv ² ) = mv ²

3. ከ20 ሜትር ከፍታ ላይ ያለ ነገር መውደቅ። በስበት ኃይል ምክንያት የሚፈጠረው ፍጥነት 10 ሜ/ሰ ነው። የነገሩ ፍጥነት ከመሬት በላይ 15 ሜትር ስንት ነው?

መፍትሔው

የመጨረሻው ሜካኒካል ኃይል = የመጀመሪያው ሜካኒካል ኃይል

በነጥብ 2 ላይ ያለው የኪነቲክ ኃይል = እስከ 5 ሜትር የሚደርስ የስበት ኃይል ለውጥ።

4. አንድ ብሎክ ከስላሳ ዘንበል ካለው ፕላን አናት ይለቀቃል። ብሎኩ መሬት ላይ ሲመታ የብሎኩ ፍጥነት ስንት ነው?

መፍትሔው

የመጀመሪያው ሜካኒካል ኃይል = የስበት ኃይል እምቅ ኃይል = mgh = m (10)(5) = 50 ሜትር

የመጨረሻው ሜካኒካል ኃይል = የኪነቲክ ኃይል = 1/2 mv ²

የሜካኒካል ኢነርጂ ጥበቃ መርህ፣ የመጀመሪያው ሜካኒካል ኢነርጂ = የመጨረሻው ሜካኒካል ኢነርጂ ይላል።

እኔ _o = እኔ _t

50 ሜትር = 1/2 mv ²

50 = 1/2 v ²

2 (50) = v ²

100 = v ²

v = 10 ሜ/ሰ

5.

ከታች ባለው ስእል እንደሚታየው ከመሬት በላይ ከ h ሜትር ከፍታ የሚወጣ m-kg ክብደት ያለው ብሎክ። በነጥብ M ላይ ያለውን እምቅ ኃይል ከኪኔቲክ ኃይል (KE) ጋር ያለውን ጥምርታ ይወስኑ።

መፍትሔው

በነጥብ M ላይ ያለው የስበት ኃይል፡

ፒኢ _ኤም = mg (0.3 ሰዓት)

በ m ነጥብ ላይ ያለው የኪነቲክ ኃይል = እስከ h-0.3h = 0.7h ድረስ የስበት ኃይል ለውጥ

ኬኢ _ኤም = PE = mg (0.7 ሰ)

የስበት ኃይል ከኪነቲክ ኃይል ጋር በነጥብ M ላይ ያለው ጥምርታ፡

ፒኢ _ኤም : ኬ _ኤም

ሚ.ግ. (0.3 ሰዓት) : ሚ.ግ. (0.7 ሰዓት)

0.3: 0.7

3: 7

6. PE _Q እና KE _{Q በነጥብ Q (g = 10 m/s} ² ) ላይ እምቅ ኃይል እና የኪነቲክ ኃይል ካላቸው ፣ PE _Q : KE _Q =…

መፍትሔው

በነጥብ Q ላይ ያለው የስበት ኃይል፡

PE _Q = mgh = (m)(10)(1.8) = 18 ሜትር

በነጥብ Q ላይ ያለው የኪነቲክ ኃይል = እስከ 5-1.8 = 3.2 ሜትር የሚደርስ የስበት ኃይል ለውጥ

TO _Q = PE = mgh = m (10)(3.2) = 32 ሜትር

በነጥብ Q ላይ የስበት እምቅ ኃይል ከኪነቲክ ኃይል ጋር ያለው ጥምርታ፡

ፒኢ _ኪው ፡ ኬ _ኪው

18 ሜትር፡ 32 ሜትር

18: 32

9: 16

1. ሜካኒካል ኢነርጂ ምንድን ነው? መልስ፦ ሜካኒካል ኢነርጂ በአንድ ስርዓት ውስጥ ሊኖር የሚችል የኢነርጂ እና የኪነቲክ ኢነርጂ ድምር ነው። ከአንድ ነገር እንቅስቃሴ እና አቀማመጥ ጋር የተያያዘውን አጠቃላይ የኢነርጂ መጠን ይወክላል።
2. የኪነቲክ ኃይል ከሊሆን የሚችል ኃይል የሚለየው እንዴት ነው? መልስየኪኔቲክ ኃይል የእንቅስቃሴ ኃይል ሲሆን እምቅ ኃይል ደግሞ በአንድ ነገር አቀማመጥ ወይም ውቅር ምክንያት የተከማቸ ኃይል ነው። ለምሳሌ፣ የሚንቀሳቀስ መኪና የኪኔቲክ ኃይል አለው፣ የተዘረጋ ስፕሪንግ ወይም በስበት መስክ ከፍታ ላይ ያለ ነገር ደግሞ እምቅ ኃይል አለው።
3. ሜካኒካል ኢነርጂ ሁልጊዜ የተጠበቀ ነው? መልስ፦ ምንም ውጫዊ ኃይሎች በሌሉበት ተስማሚ፣ በተዘጋ ስርዓት ውስጥ ሜካኒካል ኃይል ይጠበቃል። ሆኖም ግን፣ በእውነተኛ ዓለም ሁኔታዎች፣ እንደ የሙቀት ወይም የድምፅ ኃይል ያሉ ሌሎች የኃይል ዓይነቶች በግጭት ወይም በሌሎች ወግ አጥባቂ ያልሆኑ ኃይሎች ምክንያት ሊገቡ ይችላሉ፣ ይህም አጠቃላይ የሜካኒካል ኃይል እንዲቀንስ ያደርጋል።
4. የሜካኒካል ኢነርጂ ጥበቃ ችግሮችን ለመፍታት እንዴት ይረዳል? መልስ፦ ሜካኒካል ኢነርጂ በስርዓት ውስጥ ሲጠበቅ (እንደ ግጭት ያሉ ወግ አጥባቂ ያልሆኑ ኃይሎች የሉም)፣ መጀመሪያ ላይ ያለው ጠቅላላ ኢነርጂ በመጨረሻው ላይ ካለው ጠቅላላ ኢነርጂ ጋር እኩል ነው። ይህ መርህ እምቅ እና የኪነቲክ ኢነርጂዎችን በተለያዩ ጊዜያት እንድናገናኝ ያስችለናል፣ ይህም የችግር አፈታት ሂደቱን ቀላል ያደርገዋል።
5. የኳሱ ሜካኒካል ኃይል ወደ ላይ ሲወረወር እና ከመውረዱ በፊት ለጊዜው ሲቆም ምን ይሆናል? መልስኳሱ ሲወጣ የኪነቲክ ኃይሉ እየቀነሰ ሲሄድ የሊቲካዊ ኃይሉ ይጨምራል። ከፍተኛ ደረጃ ላይ ሲደርስ፣ ሁሉም የሜካኒካል ኃይሉ እምቅ ኃይል ነው። ሲወርድ፣ ይህ ሂደት ይገለበጣል። የአየር መቋቋም በሌለበት ተስማሚ ሁኔታ፣ የኳሱ አጠቃላይ ሜካኒካል ኃይል በጉዞው ውስጥ ሁሉ ቋሚ ሆኖ ይቆያል።
6. አንድ ነገር በአንድ ጊዜ ኪኔቲክ እና እምቅ ኃይል ሊኖረው ይችላል? መልስአዎ፣ አንድ ነገር ሁለቱንም የኃይል ዓይነቶች በአንድ ጊዜ ሊይዝ ይችላል። ለምሳሌ፣ በመወዛወዙ መሃል ላይ ያለ ፔንዱለም በእንቅስቃሴው እና ከዝቅተኛው ነጥብ በላይ ባለው ቁመት ምክንያት እምቅ ኃይል ስላለው የኪነቲክ ኃይል አለው።
7. ሮለር ኮስተር የሜካኒካል ኢነርጂ ጥበቃን እንዴት ያሳያል? መልስሮለር ኮስተር የሚጀምረው በከፍተኛው ቦታ ላይ ባለው እምቅ ኃይል ነው። ሲወርድ ይህ እምቅ ኃይል ወደ ኪኔቲክ ኃይል ይቀየራል፣ ይህም ኮስተር ፍጥነት እንዲጨምር ያደርገዋል። እንደገና ሲወጣ፣ የኪኔቲክ ኃይል እየቀነሰ ሲሄድ እምቅ ኃይል ይጨምራል። ግጭትንና የአየር መቋቋምን ችላ በማለት፣ አጠቃላይ የሜካኒካል ኃይል ማለት ይቻላል ቋሚ ሆኖ ይቆያል።
8. በእውነተኛው ዓለም ስርዓቶች ውስጥ የሜካኒካል ኃይል መጥፋት ሊያስከትሉ የሚችሉ ነገሮች ምንድን ናቸው? መልስ፦ ግጭት፣ የአየር መቋቋም እና የድምፅ ማመንጨት በእውነተኛው ዓለም ስርዓቶች ውስጥ የኃይል ብክነትን ሊያስከትሉ የሚችሉ አንዳንድ ምክንያቶች ናቸው። ጉልበቱ አይጠፋም (በኃይል ጥበቃ ህግ ምክንያት) ነገር ግን ወደ ሙቀት ወይም ድምጽ ወደ ሌሎች ቅርጾች ይለወጣል።
9. በስራ እና በሜካኒካል ኢነርጂ መካከል ያለው ግንኙነት ምንድን ነው? መልስ፦ በውጫዊ ኃይሎች በስርዓት ላይ የሚሠራ ሥራ በስርዓቱ ላይ የሚሠራው ሜካኒካል ኃይል ለውጥ ሊያስከትል ይችላል። በሂሳብ አነጋገር፣ ሥራ ከሜካኒካል ኃይል ለውጥ ጋር እኩል ነው።

10. የስበት ኃይል እምቅ ኃይል ከማጣቀሻ ነጥብ ጋር አንጻራዊ ከሆነ፣ በውስጡ ያሉትን ለውጦች እንዴት በተከታታይ መለካት እንችላለን? መልስ ፡ የስበት ኃይል እምቅ ኃይል ፍፁም ዋጋ በእውነቱ በማጣቀሻ ነጥብ ምርጫ ላይ የተመሰረተ ቢሆንም፣ በእምቅ ኃይል ላይ የሚደረጉ ለውጦች (ለምሳሌ አንድ ነገር ሲነሳ ወይም ሲወርድ) ማጣቀሻው ምንም ይሁን ምን ወጥነት አላቸው። ስለዚህ፣ ብዙውን ጊዜ በፍፁም እሴቶች ላይ ሳይሆን በእምቅ ኃይል ላይ በሚደረጉ ለውጦች ላይ እናተኩራለን።