Princip práce-mechanické energie
Věta o kinetické energii říká, že čistá práce neboli práce vykonaná čistou silou se rovná změně kinetické energie.
W netto = TO t – TO o = 1⁄2 m(v t² – v o² )
W net = Existují dva typy sil, a to konzervativní síla a nekonzervativní síla. Čistou práci lze tedy považovat za práci vykonanou konzervativní silou a práci vykonanou nekonzervativní silou.
W c + W nc = ΔKE
Práce vykonaná konzervativní silou se rovná záporné změně potenciální energie:
W c = -ΔPE
– ΔPE + Wnc = ΔKE
Wnc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
Výše uvedená rovnice uvádí, že práce vykonaná nekonzervativní silou na tělese se rovná změně mechanické energie tělesa. Mechanická energie = potenciální energie + kinetická energie. Potenciální energie může mít formu gravitační potenciální energie nebo elastické potenciální energie.
Příklad otázky: Věta o práci a mechanické energii
Krabice o hmotnosti 2 kg se zpočátku pohybuje rychlostí 10 m/s. Krátce nato se krabice zastaví. Součinitel kinetického tření mezi krabicí a podlahou je 0.2. Gravitační zrychlení je 10 m/s² . Jak velký je posunutí krabice?
Diskuse:
Identifikováno: 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 Newtonů,
Otázka: množství posunutí krabice (s)
Věta o práci a mechanické energii:
W nc = ΔME
Wnc = ΔPE + ΔKE
Výška (h) zůstává konstantní nebo se výška nemění, takže se nemění ani gravitační potenciální energie.
Wnc = ΔKE
Práce vykonaná kinetickou třecí silou 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)
Kinetická třecí síla vykonává zápornou práci (kinetická třecí síla působí v opačném směru, než je směr posunutí objektu).
Změna kinetické energie:
ΔKE = 1⁄2 m ( vt² – vo² ) = 1⁄2 (2)( 0² – 10² ) = (0 – 100 ) = – 100
Posun objektu:
Wnc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = 25 metrů
20 koncepčních otázek a odpovědí o principu práce a mechanické energie:
1. Otázka: Co je to princip práce a mechanické energie? Odpověď: Princip práce a mechanické energie říká, že práce vykonaná na tělese se rovná změně jeho mechanické energie.
2. Otázka: Jak je ve fyzice definována práce? Odpověď: Práce je definována jako součin síly působící na těleso a vzdálenosti, o kterou se těleso pohybuje ve směru působení síly.
3. Otázka: Co tvoří mechanickou energii? Odpověď: Mechanická energie se skládá z kinetické energie a potenciální energie objektu.
4. Otázka: Co lze říci o celkové mechanické energii uzavřeného systému v nepřítomnosti nekonzervativních sil? Odpověď: Celková mechanická energie zůstává konstantní.
5. Otázka: Uveďte příklad konzervativní síly. Odpověď: Gravitační síla je příkladem konzervativní síly.
6. Otázka: Jak se potenciální energie liší od kinetické energie? Odpověď: Potenciální energie je energie daná polohou, například výškou nad zemí, zatímco kinetická energie je dána pohybem.
7. Otázka: Jak se práce vykonaná konzervativní silou vztahuje k potenciální energii? Odpověď: Práce vykonaná konzervativní silou se rovná záporné změně potenciální energie.
9. Otázka: Jak princip práce a mechanické energie vysvětluje přeměnu potenciální energie na kinetickou energii u volně padajícího tělesa? Odpověď: Při pádu tělesa se jeho potenciální energie snižuje a kinetická energie se zvyšuje o ekvivalentní množství, přičemž celková mechanická energie zůstává konstantní.
10. Otázka: Co se stane s mechanickou energií systému, když na něj působí nekonzervativní síly, jako je tření? Odpověď: Mechanická energie se snižuje, protože nekonzervativní síly energii rozptylují, často jako teplo.
11. Otázka: Může se mechanická energie soustavy zvýšit? Odpověď: Ano, když je na soustavě vykonána vnější práce.
12. Otázka: Jak souvisí pojem práce s energií? Odpověď: Práce je způsob, jakým se energie v systému přenáší nebo transformuje.
13. Otázka: Pokud se objekt pohybuje konstantní rychlostí, co lze říci o čisté práci, která na něm vykoná? Odpověď: Čistá práce, která na něm vykoná, je nulová, protože nedochází k žádnému zrychlení.
15. Otázka: Proč má stlačená pružina potenciální energii? Odpověď: Když je pružina stlačena, vykoná se na ní práce, která se ukládá jako potenciální energie. Tato energie se může uvolnit, když se pružina uvolní.
16. Otázka: Co je to věta o práci a energii? Odpověď: Věta o práci a energii říká, že práce vykonaná na tělese se rovná změně jeho kinetické energie.
17. Otázka: Jak souvisí výkon s prací? Odpověď: Výkon je rychlost, s jakou se vykonává práce nebo přenáší energie. Vypočítá se jako , kde je práce a je čas.
18. Otázka: Může mít práce zápornou hodnotu? Odpověď: Ano, práce je záporná, když síla a směr pohybu jsou opačné.
19. Otázka: Pokud je úhel mezi silou a směrem pohybu 90 stupňů, jaká je vykonaná práce? Odpověď: Vykonaná práce je nulová, protože síla nemá žádnou složku ve směru pohybu.
20. Otázka: Jak jednoduchý stroj, jako je páka, usnadňuje práci? Odpověď: Páka nemění celkovou vykonanou práci, ale mění způsob, jakým je síla aplikována, čímž se úkol stává zvládnutelnějším nebo efektivnějším.
Pojem práce a princip mechanické energie jsou základem fyziky a poskytují základní pochopení toho, jak se energie přenáší a transformuje v různých systémech.
