Labor-mekanika energioprincipo
La teoremo pri laboro-kineta energio deklaras, ke la neta laboro aŭ la laboro farita de la neta forto egalas al la ŝanĝo en kineta energio.
W neta = TO t – TO o = 1⁄2 m( v t² – v o² )
W neta = Ekzistas du specoj de fortoj, nome konservativa forto kaj nekonservativa forto. Tiel, la neta laboro povas esti konsiderata kiel konsistanta el la laboro farita de konservativa forto kaj la laboro farita de nekonservativa forto.
W c + W nc = ΔKE
La laboro farita de konservativa forto egalas al la negativa ŝanĝo en potenciala energio:
W c = -ΔPE
– ΔPE + W nc = ΔKE
W nc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
La supra ekvacio deklaras, ke la laboro farita de nekonservativa forto sur objekto egalas al la ŝanĝo en la mekanika energio de la objekto. Mekanika energio = potenciala energio + kineta energio. Potenciala energio povas havi la formon de gravita potenciala energio aŭ elasta potenciala energio.
Ekzempla demando: La teoremo pri laboro kaj mekanika energio
2-kg-peza skatolo komence moviĝas kun rapido de 10 m/s. Baldaŭ poste, la skatolo haltas. La koeficiento de kineta froto inter la skatolo kaj la planko estas 0.2. La gravita akcelo estas 10 m/s² . Kiom granda estas la delokiĝo de la skatolo?
Diskuto:
Identigita: 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 Neŭtonoj,
Demandita: la kvanto de la delokiĝo de la skatolo (j)
La teoremo pri laboro kaj mekanika energio:
W nc = ΔME
W nc = ΔPE + ΔKE
La alto (h) restas konstanta aŭ ne estas ŝanĝo en la alto, do ne estas ŝanĝo en la gravita potenciala energio.
Wnc = ΔKE
La laboro farita de la kineta frikcia forto estas:
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)
La kineta frikcia forto faras negativan laboron (la kineta frikcia forto estas en la kontraŭa direkto de la delokiĝo de la objekto)
Ŝanĝo en la kineta energio:
ΔKE = 1⁄2 m (v t² – v o² ) = 1⁄2 (2)(0² – 10² ) = (0 – 100) = – 100
Delokiĝo de la objekto:
W nc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = 25 metroj
20 koncipaj demandoj kaj respondoj pri la principo de laboro-mekanika energio:
1. Demando: Kio estas la principo de laboro-mekanika energio? Respondo: La principo de laboro-mekanika energio asertas, ke la laboro farita sur objekto egalas al la ŝanĝo en ĝia mekanika energio.
2. Demando: Kiel oni difinas laboron en fiziko? Respondo: Laboro estas difinita kiel la produto de la forto aplikita al objekto kaj la distanco, kiun ĝi moviĝas en la direkto de la forto.
3. Demando: Kio konsistigas mekanikan energion? Respondo: Mekanika energio konsistas el la kineta energio kaj potenciala energio de objekto.
4. Demando: En la foresto de nekonservativaj fortoj, kion oni povas diri pri la tuta mekanika energio de fermita sistemo? Respondo: La tuta mekanika energio restas konstanta.
5. Demando: Donu ekzemplon de konservativa forto. Respondo: Gravita forto estas ekzemplo de konservativa forto.
6. Demando: Kiel potenciala energio diferencas de kineta energio? Respondo: Potenciala energio estas la energio pro pozicio, kiel ekzemple alto super la tero, dum kineta energio pro moviĝo.
7. Demando: Kiel rilatas la laboro farita de konservativa forto al potenciala energio? Respondo: La laboro farita de konservativa forto egalas al la negativa ŝanĝo en potenciala energio.
9. Demando: Kiel la principo de laboro-mekanika energio klarigas la konvertiĝon de potenciala energio al kineta energio en libere falanta objekto? Respondo: Kiam objekto falas, ĝia potenciala energio malpliiĝas kaj ĝia kineta energio pliiĝas je ekvivalenta kvanto, tenante la totalan mekanikan energion konstanta.
10. Demando: Kio okazas al la mekanika energio de sistemo kiam nekonservativaj fortoj, kiel frotado, agas sur ĝin? Respondo: La mekanika energio malpliiĝas ĉar nekonservativaj fortoj disipas energion, ofte kiel varmon.
11. Demando: Ĉu la mekanika energio de sistemo povas pligrandiĝi? Respondo: Jes, kiam ekstera laboro estas farita sur la sistemo.
12. Demando: Kiel la koncepto de laboro rilatas al energio? Respondo: Laboro estas la rimedo per kiu energio estas transdonita aŭ transformita en sistemo.
13. Demando: Se objekto moviĝas kun konstanta rapido, kion oni povas diri pri la neta laboro farita sur ĝi? Respondo: La neta laboro farita sur ĝi estas nulo ĉar neniu akcelo okazas.
15. Demando: Kial kunpremita risorto havas potencialan energion? Respondo: Kiam risorto estas kunpremita, laboro estas farata sur ĝi, kiu estas stokita kiel potenciala energio. Ĉi tiu energio povas esti liberigita kiam la risorto estas liberigita.
16. Demando: Kio estas la teoremo pri laboro-energio? Respondo: La teoremo pri laboro-energio asertas, ke la laboro farita sur objekto egalas al la ŝanĝo en ĝia kineta energio.
17. Demando: Kiel rilatas povumo al laboro? Respondo: Povumo estas la rapideco, je kiu laboro estas farita aŭ energio estas transdonita. Ĝi estas kalkulata kiel , kie estas laboro kaj estas tempo.
18. Demando: Ĉu laboro povas havi negativan valoron? Respondo: Jes, laboro estas negativa kiam la forto kaj la direkto de moviĝo estas kontraŭaj.
19. Demando: Se la angulo inter la forto kaj la direkto de moviĝo estas 90 gradoj, kio estas la farita laboro? Respondo: La farita laboro estas nulo ĉar la forto ne havas komponanton en la direkto de moviĝo.
20. Demando: Kiel simpla maŝino, kiel levilo, faciligas laboron? Respondo: Levilo ne ŝanĝas la tutan laboron faritan sed ŝanĝas la manieron kiel la forto estas aplikata, igante la taskon pli facile mastrebla aŭ efika.
La koncepto de laboro kaj la principo de mekanika energio estas fundamentaj en fiziko kaj provizas fundamentan komprenon pri kiel energio estas transdonita kaj transformita en diversaj sistemoj.
