Munka-mechanikai energia elv
A munka-mozgási energia tétel kimondja, hogy a nettó munka vagy az erő által végzett munka egyenlő a mozgási energia változásával.
W nettó = TO t – TO o = 1⁄2 m(v t 2 – v o 2 )
W nettó = Kétféle erő létezik, nevezetesen a konzervatív erő és a nem konzervatív erő. Így a nettó munka tekinthető a konzervatív erő és a nem konzervatív erő által végzett munkából állónak.
W c + W nc = ΔKE
A konzervatív erő által végzett munka egyenlő a potenciális energia negatív változásával:
W c = -ΔPE
– ΔPE + W nc = ΔKE
W nc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
A fenti egyenlet kimondja, hogy egy nem konzervatív erő által egy tárgyra kifejtett munka egyenlő a tárgy mechanikai energiájának változásával. Mechanikai energia = helyzeti energia + mozgási energia. A helyzeti energia lehet gravitációs helyzeti energia vagy rugalmas helyzeti energia.
Példakérdés: A munka-mechanikai energia tétele
Egy 2 kg-os doboz kezdetben 10 m/s sebességgel mozog. Röviddel ezután a doboz megáll. A doboz és a padló közötti mozgási súrlódási együttható 0.2. A gravitációs gyorsulás 10 m/s² . Mekkora a doboz elmozdulása?
Megbeszélés:
Azonosítva: m = 2 kg, v0 = 10 m/s, vt = 0, k = 0.2, w = mg = (1 kg)(10 m/s² ) = 10 kg m/s² = 10 Newton,
Kérdezett: a doboz elmozdulásának mértéke (s)
A munka-mechanikai energia tétele:
W nc = ΔME
W nc = ΔPE + ΔKE
A magasság (h) állandó marad, vagy a magasság nem változik, így a gravitációs potenciális energia sem változik.
Wnc = ΔKE
A kinetikus súrlódási erő által végzett munka:
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)
A kinetikus súrlódási erő negatív munkát végez (a kinetikus súrlódási erő az objektum elmozdulásával ellentétes irányban hat).
A kinetikus energia változása:
ΔKE = 1⁄2 m (vt² – v0² ) = 1⁄2 (2)(0² – 10² ) = (0 – 100) = – 100
Az objektum elmozdulása:
W nc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = 25 méter
20 elméleti kérdés és válasz a munka-mechanikai energia elvről:
1. Kérdés: Mi a munka-mechanikai energia elv? Válasz: A munka-mechanikai energia elv kimondja, hogy egy tárgyon végzett munka megegyezik a mechanikai energiájának változásával.
2. Kérdés: Hogyan definiálja a munkát a fizika? Válasz: A munka a testre ható erő és az erő irányában megtett távolság szorzata.
3. Kérdés: Mi minősül mechanikai energiának? Válasz: A mechanikai energia egy tárgy mozgási energiájából és helyzeti energiájából tevődik össze.
4. Kérdés: Nemkonzervatív erők hiányában mit mondhatunk egy zárt rendszer teljes mechanikai energiájáról? Válasz: A teljes mechanikai energia állandó marad.
5. Kérdés: Adjon példát egy konzervatív erőre. Válasz: A gravitációs erő egy példa a konzervatív erőre.
6. Kérdés: Miben különbözik a potenciális energia a kinetikus energiától? Válasz: A potenciális energia a helyzetből, például a talaj feletti magasságból eredő energia, míg a kinetikus energia a mozgásból ered.
7. Kérdés: Hogyan viszonyul egy konzervatív erő által végzett munka a potenciális energiához? Válasz: Egy konzervatív erő által végzett munka egyenlő a potenciális energia negatív változásával.
9. Kérdés: Hogyan magyarázza a munka-mechanikai energia elv a szabadon eső tárgy helyzeti energiájának kinetikus energiává való átalakulását? Válasz: Amikor egy tárgy esik, a helyzeti energiája csökken, a mozgási energiája pedig ezzel egyenértékű mértékben növekszik, miközben a teljes mechanikai energia állandó marad.
10. Kérdés: Mi történik egy rendszer mechanikai energiájával, amikor nem konzervatív erők, például súrlódás hatnak rá? Válasz: A mechanikai energia csökken, mert a nem konzervatív erők energiát disszipálnak, gyakran hő formájában.
11. Kérdés: Nőhet-e egy rendszer mechanikai energiája? Válasz: Igen, ha külső munkát végzünk a rendszeren.
12. Kérdés: Hogyan kapcsolódik a munka fogalma az energiához? Válasz: A munka az az eszköz, amellyel az energia egy rendszerben átadódik vagy átalakul.
13. Kérdés: Ha egy tárgy állandó sebességgel mozog, mit mondhatunk a rajta végzett nettó munkáról? Válasz: A rajta végzett nettó munka nulla, mert nem történik gyorsulás.
15. Kérdés: Miért van egy összenyomott rugónak helyzeti energiája? Válasz: Amikor egy rugót összenyomnak, munka történik rajta, amely helyzeti energiaként tárolódik. Ez az energia felszabadulhat, amikor a rugót elengedjük.
16. Kérdés: Mi a munka-energia tétel? Válasz: A munka-energia tétel kimondja, hogy egy tárgyon végzett munka egyenlő a mozgási energiájának változásával.
17. Kérdés: Hogyan viszonyul a teljesítmény a munkához? Válasz: A teljesítmény az a sebesség, amellyel a munka történik, vagy az energia átadódik. A következőképpen számítható ki: , ahol a munka és az idő.
18. Kérdés: Lehet-e a munkának negatív értéke? Válasz: Igen, a munka negatív, ha az erő és a mozgás iránya ellentétes.
19. Kérdés: Ha az erő és a mozgásirány közötti szög 90 fok, akkor mekkora a végzett munka? Válasz: A végzett munka nulla, mert az erőnek nincs mozgásirányban lévő összetevője.
20. Kérdés: Hogyan könnyíti meg egy egyszerű gép, például egy emelő a munkát? Válasz: Az emelő nem változtatja meg a végzett munkát, de megváltoztatja az erő kifejtésének módját, így a feladat kezelhetőbbé vagy hatékonyabbá válik.
A munka fogalma és a mechanikai energia elve alapvető fontosságú a fizikában, és alapvető ismereteket nyújtanak arról, hogyan történik az energiaátadás és -átalakulás a különböző rendszerekben.
