6 exemples de preguntes sobre energia mecànica
Teorema del treball-energia mecànic
1. Observeu la imatge següent del desplaçament del bloc! Suposeu que g = 10 m/ s² . Si el coeficient de fricció cinètica entre el bloc i el terra és μ k = 0,5, aleshores el valor del desplaçament de l'objecte (s) és ….
A. 5,00 m
B. 4,25 m
C. 3,00 m
D. 2,50 m
E. 2,00 m
Discussió
Se sap que :
Coeficient de fricció cinètica ( μ k) = 0,5
Massa del bloc (m) = 4 kg
Acceleració deguda a la gravetat (g) = 10 m/ s²
Pes del bloc (w) = mg = (4)(10) = 40 Newton
Si el bloc està sobre una superfície plana, la força normal (N) = pes (w) = 40 Newtons.
Velocitat inicial (v1 ) = 5 m/s
Velocitat final ( v² ) = 0 m/s
Preguntat : desplaçament d'objecte(s)?
Resposta :
El teorema del treball-energia mecànica estableix que el treball (W) realitzat per una força no conservativa és igual al canvi en l'energia mecànica de l'objecte o l'energia mecànica final (EM2 ) , és a dir, l'energia mecànica inicial (EM1 ) . La fricció cinètica és una força no conservativa i l'única força no conservativa que actua sobre el bloc és la força de fricció cinètica.
W = Δ EM
f k s = EM 2 – EM 1
Treball realitzat per fricció cinètica:
W = fks = ( μk ) (N)(s) = (0,5)(40)(s) = 20 s
Canvis en l'energia mecànica:
Δ EM = EM 2 – EM 1 = (EK + EP) 2 – (EK + EP) 1
Un objecte es mou sobre una superfície plana i no experimenta un canvi d'alçada ( Δ h = 0), per tant, no hi ha cap canvi en l'energia potencial gravitatòria ( Δ EP = EP 2 – EP 1 = 0). Per tant, els canvis en l'energia mecànica només impliquen canvis en l'energia cinètica.
Δ EM = EK 2 – EK 1 = ½ mv 2 2 – ½ mv 1 2 = ½ m (v 2 2 – v 1 2 )
Δ EM = ½ (4)(0 2 – 5 2 ) = (2)(25) = 50
El desplaçament del bloc és:
W = Δ EM
20 segons = 50
s = 50 / 20 = 2,5 metres
La resposta correcta és D.
Llei de conservació de l'energia mecànica
2. Els objectes A i B tenen la mateixa massa. L'objecte A cau des d'una alçada de h metres i B cau des de 2 h metres. Si A colpeja el terra amb una velocitat de vm/s, l'objecte B colpejarà el terra amb una energia cinètica de...
A. 2 mv²
B. mv 2
C. 3/4 mv²
D. 1/2 mv²
E. 1/4 mv²
Discussió
La velocitat final de l'objecte B que cau lliurement des d'una alçada de 2h és:
v² = 2 g (2h) = 4 gh
L'energia cinètica de l'objecte B és:
EK B = ½ mv² = ½ m (4 gh) = 2 mgh —– Equació 1
L'energia mecànica inicial de l'objecte B és l'energia potencial gravitatòria = mg h. L'energia mecànica final de l'objecte B és l'energia cinètica = ½ mv².
Llei de conservació de l'energia mecànica :
mgh = ½ mv².
Com que mgh = ½ mv² , podem substituir mgh a l'equació 1 per ½ mv².
Energia cinètica de l'objecte B = 2 mgh = 2(½ mv² ) = mv²
La resposta correcta és B.
3. Mira la imatge següent! Un objecte cau lliurement des d'una alçada de 20 m. Si l'acceleració deguda a la gravetat és de 10 m/s, la velocitat de l'objecte quan es troba a 15 m del terra és...
A. 2 m/s
B. 5 m/s
C. 10 m/s
D. 15 m/s
E. 20 m/s
Discussió
Energia mecànica final = energia mecànica inicial
L'energia cinètica de l'objecte al punt 2 = reducció de l'energia potencial gravitatòria en 5 metres
½ mv² = mgh
½ v 2 = (10)(20-15)
½ v 2 = (10)(5)
½ v 2 = 50
v2 = ( 2 )(50)
v2 = 100
v = 10 m/s
La resposta correcta és C.
4. Un bloc es manté a la part superior d'un pla inclinat, tal com es mostra a la figura. Quan es deixa anar, el bloc llisca sense fricció al llarg del pla inclinat. La velocitat del bloc quan arriba a la part inferior del pla inclinat és...
B. 8 ms -1
C. 10 ms -1
D. 12 ms -1
E. 16 ms -1
Discussió
Energia mecànica inicial = energia potencial gravitatòria = mgh = m (10)(5) = 50 m
Energia mecànica final = energia cinètica = 1/2 mv²
La llei de conservació de l'energia mecànica estableix que l'energia mecànica inicial = energia mecànica final.
EM o = EM t
50 m = 1/2 mv²
50 = 1/2 vs 2
2 (50) = v2
100 = v²
v = 10 m/s
La resposta correcta és C.
5. Un bloc amb una massa de m kg es deixa anar des d'una alçada de h metres per sobre del terra, tal com es mostra a la imatge. La relació entre l'energia potencial (EP) i l'energia cinètica (EK) quan es troba al punt M és….
A. 1:3 
B. 1:2
C. 2:1
D. 2: 5
E. 3:7
Discussió
Energia potencial gravitatòria en el punt M:
EP M = mg (0,3 h)
Energia cinètica al punt M = reducció de l'energia potencial gravitatòria en h-0,3h = 0,7 h
EK M = EP = mg (0,7 h)
La relació entre l'energia potencial gravitatòria i l'energia cinètica en el punt M és:
EP M : EK M
mg (0,3 h) : mg (0,7 h)
0,3: 0,7
3: 7
La resposta correcta és E.
6. Mireu la imatge de l'objecte A que cau lliurement des del punt P a sota!
Si EP Q i EK Q són l'energia potencial i l'energia cinètica en el punt Q respectivament (g = 10 m/s² ) , aleshores EP Q : EK Q és….
A. 16:9
B. 9:16
C. 3:2
D. 2: 3
E. 2:1
Discussió
Energia potencial gravitatòria en el punt Q:
EP Q = mgh = (m)(10)(1,8) = 18 m
Energia cinètica al punt Q = reducció de l'energia potencial gravitatòria en 5-1,8 = 3,2 metres
EK Q = EP = mgh = m (10)(3,2) = 32 m
La relació entre l'energia potencial gravitatòria i l'energia cinètica en el punt Q és:
EP Q : EK Q
18 m : 32 m
18: 32
9: 16
Font de la pregunta:
Preguntes de física de l'examen nacional per a secundària/institut professional
