Princip rada i kinetičke energije
Ako neto sila djeluje na objekt, objekt doživljava ubrzanje (objekt doživljava pomak). Kada objekt doživljava ubrzanje, brzina objekta se mijenja. Drugim riječima, rad koji izvrši neto sila povezan je s početnom i konačnom brzinom objekta.
Rad koji konstantna neto sila izvrši na nekom objektu je:
Wneto = ΣF s
Newtonov drugi zakon kaže da ako na objekt djeluje suma sile, objekt doživljava ubrzanje.
Wneto = (ma) s
Ako je neto sila konstantna, ubrzanje koje objekt doživljava također je konstantno. Stoga možemo zamijeniti ubrzanje (a) i pomak (s) neuniformnom linearnom jednačinom kretanja.
Uključite jednačinu neuniformnog linearnog kretanja u jednačinu rada:
Opis: EKt = konačna kinetička energija, EKo = početna kinetička energija, m = masa, vt = konačna brzina, vo = početna brzina
Ova jednačina predstavlja teorem o radu i kinetičkoj energiji. Teorem o radu i kinetičkoj energiji nas informiše da je neto rad ili rad koji izvrši neto sila na objektu jednak promjeni kinetičke energije objekta. Takođe nas informiše da je kinetička energija objekta jednaka neto radu potrebnom za ubrzanje objekta iz stacionarnog stanja u kretanje datom brzinom i obrnuto.
Primjer pitanja 5: Teorem o radnoj kinetičkoj energiji
Automobil mase 1000 kg kreće se iz mirujućeg stanja. U trenutku, brzina se povećava na 10 m/s. Koliki je neto rad koji obave motori automobila?
Rešenje:
Poznato: m = 1000 kg, vo = početna brzina = 0 m/s (u početku, automobil miruje), vt = konačna brzina = 10 m/s
Traži se: Mreža
Wneto = 1⁄2 m (vt2 - vo2)
Wneto = 1⁄2 (1000)(102 - 02) = (500)(100 – 0) = (500)(100) = 50,000 Džula
1. Šta je princip rada i kinetične energije? Princip rada i kinetičke energije kaže da je neto rad izvršen na objektu jednak promjeni njegove kinetičke energije. Matematički, , gdje je konačna kinetička energija minus početna kinetička energija.
2. Kakav je odnos između rada i promjene brzine objekta? Rad izvršen na objektu može promijeniti njegovu brzinu. Konkretno, neto rad izvršen na objektu jednak je promjeni njegove kinetičke energije, a kinetička energija je povezana s kvadratom brzine. Dakle, ako se na objektu izvrši pozitivan neto rad, njegova brzina (a time i njegova kinetička energija) se povećava.
3. Šta se dešava sa kinetičkom energijom objekta kada se na njemu izvrši negativni rad? Kada se na objektu izvrši negativan rad, njegova kinetička energija se smanjuje. To može rezultirati usporavanjem objekta.
4. Kakav je odnos principa rada i kinetičke energije i drugog Newtonovog zakona? Newtonov drugi zakon opisuje kako sila utiče na kretanje objekta, dok princip rada i kinetične energije povezuje rad koji ta sila obavlja s promjenom kinetičke energije. Oba koncepta su povezana idejom da sile mogu promijeniti stanje kretanja i energiju objekta.
5. Može li kinetička energija objekta biti negativna? Ne, kinetička energija je uvijek nenegativna. Data je formulom , gdje je m masa, a v brzina. Pošto su i masa i kvadrat brzine pozitivni, kinetička energija je također pozitivna ili nula.
6. Kako se princip rada i kinetičke energije primjenjuje na objekt koji se kreće po kružnoj putanji? Za objekt koji se kreće kružnom putanjom konstantnom brzinom, njegova kinetička energija ostaje konstantna jer se njegova brzina ne mijenja. Međutim, smjer brzine se kontinuirano mijenja. Ako na objekt djeluju samo centripetalne sile (poput sile napetosti ili gravitacije), rad koji obavljaju te sile je nula jer djeluju okomito na smjer kretanja. Dakle, ne vrši se neto rad i nema promjene kinetičke energije.
7. U odsustvu vanjskih sila, kako se mijenja kinetička energija objekta? U odsustvu vanjskih sila, na objektu se ne vrši rad, što znači da njegova kinetička energija ostaje konstantna. Ovo je manifestacija zakona očuvanja energije.
8. Šta znači kada je neto rad izvršen na nekom objektu jednak nuli? Kada je neto rad izvršen na objektu nula, to znači da se kinetička energija objekta nije promijenila. Objekt se i dalje može kretati, ali njegova brzina ostaje konstantna.
9. Može li objekt imati kinetičku energiju čak i ako nad njim nije izvršen nikakav rad? Da, objekt može imati kinetičku energiju bez ikakvog rada koji se na njemu vrši u datom vremenskom okviru. Na primjer, objekt koji se već kreće u svemiru (daleko od gravitacijskih tijela) zadržat će svoju kinetičku energiju i nastaviti se kretati konstantnom brzinom, čak i ako na njega ne djeluju vanjske sile.
10. Kako rad koji obavljaju nekonzervativne sile utiče na kinetičku energiju objekta? Rad koji obavljaju nekonzervativne sile može povećati ili smanjiti kinetičku energiju objekta, ovisno o smjeru i veličini sile u odnosu na kretanje objekta. Na primjer, trenje, nekonzervativna sila, obično vrši negativan rad, čime se smanjuje kinetička energija objekta.
