Принципът на работа-механична енергия
Теоремата за кинетичната енергия и работата гласи, че нетната работа или работата, извършена от нетната сила, е равна на промяната в кинетичната енергия.
W нето = TO t – TO o = 1⁄2 m(v t 2 – v o 2 )
W net = Има два вида сили, а именно консервативна сила и неконсервативна сила. Следователно, мрежовата работа може да се разглежда като съставена от работата, извършена от консервативна сила, и работата, извършена от неконсервативна сила.
W c + W nc = ΔKE
Работата, извършена от консервативна сила, е равна на отрицателната промяна в потенциалната енергия:
W c = -ΔPE
– ΔPE + Wnc = ΔKE
Wnc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
Горното уравнение гласи, че работата, извършена от неконсервативна сила върху даден обект, е равна на промяната в механичната енергия на обекта. Механична енергия = потенциална енергия + кинетична енергия. Потенциалната енергия може да приеме формата на гравитационна потенциална енергия или еластична потенциална енергия.
Примерен въпрос: Теорема за работата и механичната енергия
Кутия с тегло 2 кг първоначално се движи със скорост 10 m/s. Малко след това кутията спира. Коефициентът на кинетично триене между кутията и пода е 0.2. Гравитационното ускорение е 10 m/s² . Какво е преместването на кутията?
Дискусия на тема:
Идентифицирани: m = 2 kg, v o = 10 m/s, vt = 0, k = 0.2, w = mg = (1 kg)(10 m/s² ) = 10 kg m/s² = 10 нютона,
Зададено е: количеството на изместване на кутията (s)
Теоремата за работа-механична енергия:
Wnc = ΔME
Wnc = ΔPE + ΔKE
Височината (h) остава постоянна или няма промяна във височината, така че няма промяна в гравитационната потенциална енергия.
Wnc = ΔKE
Работата, извършена от кинетичната сила на триене, е:
W nc = – f k s = μ k N -s = μ k w -s = μ k mg -s
W nc = – (0.2)(2)(10)(s) = – (4)(s)
Кинетичната сила на триене извършва отрицателна работа (кинетичната сила на триене е в обратна посока на преместването на обекта)
Промяна в кинетичната енергия:
ΔKE = 1⁄2 m (vt2 – vo2 ) = 1⁄2 (2)(02 – 102 ) = (0 – 100 ) = – 100
Преместване на обекта:
Wnc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = 25 метра
20 концептуални въпроса и отговора относно принципа на работа-механична енергия:
1. Въпрос: Какво представлява принципът за работа-механична енергия? Отговор: Принципът за работа-механична енергия гласи, че извършената работа върху даден обект е равна на промяната в неговата механична енергия.
2. Въпрос: Как се определя работата във физиката? Отговор: Работата се определя като произведение на силата, приложена към обект, и разстоянието, на което той се движи по посока на силата.
3. Въпрос: Какво представлява механичната енергия? Отговор: Механичната енергия се състои от кинетичната енергия и потенциалната енергия на обекта.
4. Въпрос: При липса на неконсервативни сили, какво може да се каже за общата механична енергия на затворена система? Отговор: Общата механична енергия остава постоянна.
5. Въпрос: Дайте пример за консервативна сила. Отговор: Гравитационната сила е пример за консервативна сила.
6. Въпрос: По какво потенциалната енергия се различава от кинетичната енергия? Отговор: Потенциалната енергия е енергията, дължаща се на положението, като например височината над земята, докато кинетичната енергия се дължи на движението.
7. Въпрос: Как работата, извършена от консервативна сила, се свързва с потенциалната енергия? Отговор: Работата, извършена от консервативна сила, е равна на отрицателната промяна в потенциалната енергия.
9. Въпрос: Как принципът за работа-механична енергия обяснява преобразуването на потенциалната енергия в кинетична енергия при свободно падащ обект? Отговор: Когато обектът пада, неговата потенциална енергия намалява, а кинетичната му енергия се увеличава с еквивалентно количество, като по този начин общата механична енергия остава постоянна.
10. Въпрос: Какво се случва с механичната енергия на една система, когато върху нея действат неконсервативни сили, като например триене? Отговор: Механичната енергия намалява, защото неконсервативните сили разсейват енергия, често като топлина.
11. Въпрос: Може ли механичната енергия на една система да се увеличи? Отговор: Да, когато върху системата се извършва външна работа.
12. Въпрос: Как понятието за работа е свързано с енергията? Отговор: Работата е средство, чрез което енергията се пренася или трансформира в една система.
13. Въпрос: Ако даден обект се движи с постоянна скорост, какво може да се каже за извършената върху него сумарна работа? Отговор: Извършената върху него сумарна работа е нула, защото не се получава ускорение.
15. Въпрос: Защо сгъстената пружина има потенциална енергия? Отговор: Когато пружината е сгъстена, върху нея се извършва работа, която се съхранява като потенциална енергия. Тази енергия може да се освободи, когато пружината се освободи.
16. Въпрос: Какво представлява теоремата за работата и енергията? Отговор: Теоремата за работата и енергията гласи, че извършената работа върху даден обект е равна на промяната в неговата кинетична енергия.
17. Въпрос: Как мощността е свързана с работата? Отговор: Мощността е скоростта, с която се извършва работа или се пренася енергия. Изчислява се като , където е работа, а е време.
18. Въпрос: Може ли работата да има отрицателна стойност? Отговор: Да, работата е отрицателна, когато силата и посоката на движение са противоположни.
19. Въпрос: Ако ъгълът между силата и посоката на движение е 90 градуса, каква е извършената работа? Отговор: Извършената работа е нула, защото силата няма компонент в посоката на движение.
20. Въпрос: Как една проста машина, като лост, улеснява работата? Отговор: Лостът не променя общата извършена работа, но променя начина, по който се прилага силата, което прави задачата по-лесна за изпълнение или по-ефективна.
Концепцията за работа и принципът на механичната енергия са фундаментални във физиката и предоставят основно разбиране за това как енергията се пренася и трансформира в различни системи.
