Työkaava ja työ-kineettinen energialause

Esimerkkikysymyksiä ja kaavoja työstä ja työ-kineettisen energian lauseesta

Vaivaa

1. Pojanpoika työntää isoäitinsä pyörätuolia pyöreässä puistossa 20 N voimalla, puiston säde on 7 m. Kuinka paljon työtä pojanpoika tekee kahden kierroksen aikana?

1. 0 Joule
2. 1400 Joule
3. 1540 Joule
4. 1760 Joule

Keskustelu
Liiketoimintakaava: Työ = Voima x Siirtymä
Jos lapsenlapsi työntää pyörätuolia kahdesti, sekä lapsenlapsi että pyörätuoli palaavat alkuperäiseen asentoonsa. Koska paluu alkuperäiseen asentoon on nolla, myös siirtymä on nolla.
Joten pojanpojan ponnistelu on nolla.
Oikea vastaus on A.

2. Talonmies työntää kaappia lattiaa pitkin 350 N voimalla. Lattiaan kohdistuu 70 N:n kitkavoima. Kaapin siirtämiseen 6 metriä tehtävä työ on:

1. 45 J
2. 72 J
3. 1680 J
4. 2580 J

Keskustelu
Tiedetään, että:
Työntövoima (F) = 350 Newtonia
Kitkavoima (F_pyyhkäisy) = 70 Newtonia
Kaapin siirtymä (s) = 6 metriä
Kysytty: Liiketoiminta (W)
Vastaus:
Kappaleeseen vaikuttaa kaksi voimaa, työntövoima (F) ja kitkavoima (F)._pyyhkäisy).
Työntövoima on samaan suuntaan kuin kaapin siirtymä, joten työntövoima tekee positiivista työtä. Kääntäen, kitkavoima on vastakkaiseen suuntaan kuin kaapin siirtymä, joten kitkavoima tekee negatiivista työtä.
Työntövoiman tekemä työ:
W = Fs = (350 Newtonia)(6 metriä) = 2100 Newtonia metriä = 2100 joulea
Kitkavoiman tekemä työ:
W = – (F_pyyhkäisy)(s) = – (70 Newtonia)(6 metriä) = – 420 Newtonmetriä = – 420 joulea
Kokonaisponnistus:
W yhteensä = 2100 joulea – 420 joulea
Kokonaisteho W = 1680 joulea
Oikea vastaus on C.

Työ-kineettisen energian lause

3. Vakio 8 N:n voima vaikuttaa 16 kg painavaan kappaleeseen. Jos kappale on aluksi levossa, niin sen nopeus voiman vaikutuksen jälkeen 4 sekuntia on….

1. 0,5 m / s
2. 2 m / s
3. 4 m / s
4. 8 m / s

Keskustelu
Tiedetään, että:
Vakiovoima (F) = 8 Newtonia
Kappaleen massa (m) = 16 kg
Kappaleen alkunopeus (v_o) = 0 m/s
Aikaväli, jonka aikana voima vaikuttaa kappaleeseen (t) = 4 sekuntia
Kysytty: Kappaleen loppunopeus (v_t)
Vastaus:
Työ = Kineettisen energian muutos
W = lopullinen EK – alkuperäinen EK
W = ½ mV_t² – ½ mV_o²
W = ½ mV_t² - 0
W = ½ mV_t² —— Yhtälö 1

Työ = Voima x Siirtymä
W = F s
W = 8 sekuntia
Käytä GLBB-kaavaa siirtymän (s) laskemiseen
s = v_o t + ½ kohdassa²
Kuvaus: s = siirtymä, v_o = alkunopeus, t = aika, a = kiihtyvyys
s = 0 + ½ kohdassa² = ½ kohdassa² —-> a = (v_t - v_o) / t = v_t
s = ½ (v_t / t) t²
s = ½ (v_t) t
Korvaa työyhtälön siirtymä (s) seuraavan yhtälön siirtymällä (s):
W = 8 sekuntia
W = 8(1/2)(v)_t)(t)
W = (4)(v)_t)(t) —— Yhtälö 2

Yhtälö 1 = Yhtälö 2
W = W
½ mV_t² = (4)(v_t)(t)
½ mV_t = (4)(t)
½ (16)(v_t) = 4(4)
8 v_t = 16
v_t = 16/8
v_t = 2 metriä/sekunti
Oikea vastaus on B.

4. Kohteen nopeuden lisäämiseksi kaksinkertaiseksi alkuperäisestä nopeudestaan, tarvitaan ponnistelua...

1. 4 kertaa sen alkuperäinen kineettinen energia
2. 3 kertaa sen alkuperäinen kineettinen energia
3. 2 kertaa sen alkuperäinen kineettinen energia
4. 1 kertaa sen alkuperäinen kineettinen energia

Keskustelu
Tiedetään, että:
Oletetaan, että kappaleen massa (m) = 1 kg
Oletetaan, että alkunopeus (v_o) = 1 m/s
Loppunopeus (v_t) = 2 x alkunopeus = 2 x 1 = 2 m/s
Kysytty: Ponnistus = … ?
Vastaus:
Alkuperäinen kineettinen energia:
Alkuperäinen EK = ½ mv_o² = ½ (1)(1)² = ½ (1)(1) = ½ (1) = 0,5
Kappaleen lopullinen liike-energia, kun sen nopeus on kaksinkertainen alkuperäiseen nopeuteensa verrattuna:
Lopullinen EK = ½ mV_t² = ½ (1)(2)² = ½ (4) = 2

Työ-kineettisen energian lause:
Työ = Kineettisen energian muutos
Työ = Lopullinen kineettinen energia – Alkuperäinen kineettinen energia
Ponnistus = 2 – 0,5
Ponnistus = 1,5

Alkuperäinen kineettinen energia = 0,5
Ponnistus = 3 x 0,5 = 1,5
Joten kappaleen nopeuden nostaminen kaksinkertaiseksi alkuperäisestä nopeudestaan ​​vaatii tietyn määrän työtä 3 kertaa sen alkuperäinen kineettinen energia.
Oikea vastaus on B.

Kysymyksen lähde:

Yläasteen fysiikan OSN-kysymykset