Princip rada i mehaničke energije
Teorem o radu i kinetičkoj energiji kaže da je neto rad ili rad koji izvrši neto sila jednak promjeni kinetičke energije.
W neto = TO t – TO o = 1⁄2 m(v t 2 – v o 2 )
W neto = Postoje dvije vrste sila, i to konzervativna sila i nekonzervativna sila. Stoga se neto rad može smatrati sastavljenim od rada koji obavlja konzervativna sila i rada koji obavlja nekonzervativna sila.
W c + W nc = ΔKE
Rad koji izvrši konzervativna sila jednak je negativnoj promjeni potencijalne energije:
W c = -ΔPE
– ΔPE + Wnc = ΔKE
Wnc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
Gornja jednačina navodi da je rad koji izvrši nekonzervativna sila na objektu jednak promjeni mehaničke energije objekta. Mehanička energija = potencijalna energija + kinetička energija. Potencijalna energija može imati oblik gravitacione potencijalne energije ili elastične potencijalne energije.
Primjer pitanja: Teorem o radno-mehaničkoj energiji
Kutija mase 2 kg se u početku kreće brzinom od 10 m/s. Ubrzo nakon toga, kutija se zaustavlja. Koeficijent kinetičkog trenja između kutije i poda je 0.2. Gravitacijsko ubrzanje je 10 m/s² . Koliki je pomak kutije?
Diskusija:
Identificirano: 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 Njutna,
Postavljeno: iznos pomaka kutije (s)
Teorem o radno-mehaničkoj energiji:
Wnc = ΔME
Wnc = ΔPE + ΔKE
Visina (h) ostaje konstantna ili nema promjene visine, tako da nema promjene gravitacijske potencijalne energije.
Wnc = ΔKE
Rad koji izvrši kinetička sila trenja je:
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)
Kinetička sila trenja vrši negativan rad (kinetička sila trenja je u suprotnom smjeru od pomjeranja objekta)
Promjena kinetičke energije:
ΔKE = 1⁄2 m (vt2 – vo2 ) = 1⁄2 (2)(02 – 102 ) = (0 – 100 ) = – 100
Pomjeranje objekta:
Wnc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = 25 metara
20 konceptualnih pitanja i odgovora o principu rada i mehaničke energije:
1. Pitanje: Šta je princip rada i mehaničke energije? Odgovor: Princip rada i mehaničke energije kaže da je rad izvršen na nekom objektu jednak promjeni njegove mehaničke energije.
2. Pitanje: Kako se rad definiše u fizici? Odgovor: Rad se definiše kao proizvod sile primijenjene na objekat i udaljenosti koju on pređe u smjeru djelovanja sile.
3. Pitanje: Šta predstavlja mehaničku energiju? Odgovor: Mehanička energija se sastoji od kinetičke energije i potencijalne energije objekta.
4. Pitanje: U odsustvu nekonzervativnih sila, šta se može reći o ukupnoj mehaničkoj energiji zatvorenog sistema? Odgovor: Ukupna mehanička energija ostaje konstantna.
5. Pitanje: Navedite primjer konzervativne sile. Odgovor: Gravitacijska sila je primjer konzervativne sile.
6. Pitanje: Po čemu se potencijalna energija razlikuje od kinetičke energije? Odgovor: Potencijalna energija je energija usljed položaja, kao što je visina iznad tla, dok je kinetička energija usljed kretanja.
7. Pitanje: Kakav je odnos rada koji izvrši konzervativna sila prema potencijalnoj energiji? Odgovor: Rad koji izvrši konzervativna sila jednak je negativnoj promjeni potencijalne energije.
9. Pitanje: Kako princip rada i mehaničke energije objašnjava pretvaranje potencijalne energije u kinetičku energiju u slobodno padajućem objektu? Odgovor: Kako objekt pada, njegova potencijalna energija se smanjuje, a kinetička energija se povećava za ekvivalentan iznos, održavajući ukupnu mehaničku energiju konstantnom.
10. Pitanje: Šta se dešava sa mehaničkom energijom sistema kada na njega djeluju nekonzervativne sile, poput trenja? Odgovor: Mehanička energija se smanjuje jer nekonzervativne sile rasipaju energiju, često kao toplotu.
11. Pitanje: Može li se mehanička energija sistema povećati? Odgovor: Da, kada se na sistemu izvrši vanjski rad.
12. Pitanje: Kakav je odnos između koncepta rada i energije? Odgovor: Rad je način na koji se energija prenosi ili transformiše u sistemu.
13. Pitanje: Ako se objekt kreće konstantnom brzinom, šta se može reći o neto radu koji se na njemu vrši? Odgovor: Neto rad koji se na njemu vrši je nula jer nema ubrzanja.
15. Pitanje: Zašto komprimirana opruga ima potencijalnu energiju? Odgovor: Kada se opruga komprimira, na njoj se vrši rad, koji se pohranjuje kao potencijalna energija. Ova energija se može osloboditi kada se opruga otpusti.
16. Pitanje: Šta je teorem o radu i energiji? Odgovor: Teorem o radu i energiji kaže da je rad izvršen na nekom objektu jednak promjeni njegove kinetičke energije.
17. Pitanje: Kakav je odnos snage i rada? Odgovor: Snaga je brzina kojom se obavlja rad ili prenosi energija. Izračunava se kao , gdje je rad, a vrijeme.
18. Pitanje: Može li rad imati negativnu vrijednost? Odgovor: Da, rad je negativan kada su sila i smjer kretanja suprotni.
19. Pitanje: Ako je ugao između sile i smjera kretanja 90 stepeni, koliki je obavljeni rad? Odgovor: Izvršeni rad je nula jer sila nema komponentu u smjeru kretanja.
20. Pitanje: Kako jednostavna mašina, poput poluge, olakšava rad? Odgovor: Poluga ne mijenja ukupan obavljeni rad, ali mijenja način na koji se sila primjenjuje, čineći zadatak upravljivijim ili efikasnijim.
Koncept rada i princip mehaničke energije su fundamentalni u fizici i pružaju osnovno razumijevanje kako se energija prenosi i transformiše u različitim sistemima.
