სამუშაო-მექანიკური ენერგიის პრინციპი
სამუშაო-კინეტიკური ენერგიის თეორემა ამბობს, რომ ჯამური მუშაობა ან ჯამური ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო უდრის კინეტიკური ენერგიის ცვლილებას.
W net = TO t – TO o = 1⁄2 მ(v t 2 – v o 2 )
W net = არსებობს ძალების ორი ტიპი, კერძოდ, კონსერვატიული ძალა და არაკონსერვატიული ძალა. ამრიგად, წმინდა მუშაობა შეიძლება ჩაითვალოს კონსერვატიული ძალის და არაკონსერვატიული ძალის მიერ შესრულებული სამუშაოსგან შემდგარ სამუშაოდ.
W c + W nc = ΔKE
კონსერვატიული ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო ტოლია პოტენციური ენერგიის უარყოფითი ცვლილებისა:
W c = -ΔPE
– ΔPE + W nc = ΔKE
W nc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
ზემოთ მოცემული განტოლება ამბობს, რომ სხეულზე არაკონსერვატიული ძალის მიერ შესრულებული მუშაობა უდრის ობიექტის მექანიკური ენერგიის ცვლილებას. მექანიკური ენერგია = პოტენციური ენერგია + კინეტიკური ენერგია. პოტენციურ ენერგიას შეიძლება ჰქონდეს გრავიტაციული პოტენციური ენერგიის ან ელასტიური პოტენციური ენერგიის ფორმა.
კითხვის მაგალითი: სამუშაო-მექანიკური ენერგიის თეორემა
2 კგ-იანი ყუთი თავდაპირველად მოძრაობს 10 მ/წმ სიჩქარით. მალევე ყუთი ჩერდება. ყუთსა და იატაკს შორის კინეტიკური ხახუნის კოეფიციენტი 0.2-ია. გრავიტაციული აჩქარება 10 მ/წმ²-ია . რამდენია ყუთის გადაადგილება?
დისკუსია:
იდენტიფიცირებულია: m = 2 კგ, v o = 10 მ/წმ, vt = 0, k = 0.2, w = mg = (1 კგ)(10 მ/წმ² ) = 10 კგ მ/წმ² = 10 ნიუტონი,
კითხვა: ყუთის გადაადგილების რაოდენობა (წმ)
სამუშაო-მექანიკური ენერგიის თეორემა:
W nc = ΔME
W nc = ΔPE + ΔKE
სიმაღლე (h) მუდმივი რჩება ან სიმაღლე არ იცვლება, ამიტომ გრავიტაციული პოტენციური ენერგია არ იცვლება.
Wnc = ΔKE
კინეტიკური ხახუნის ძალის მიერ შესრულებული სამუშაოა:
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)
კინეტიკური ხახუნის ძალა უარყოფით მუშაობას ასრულებს (კინეტიკური ხახუნის ძალა ობიექტის გადაადგილების საპირისპირო მიმართულებითაა)
კინეტიკური ენერგიის ცვლილება:
ΔKE = 1⁄2 მ (v t 2 – v o 2 ) = 1⁄2 (2)(0 2 – 10 2 ) = (0 – 100) = – 100
ობიექტის გადაადგილება:
W nc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = 25 მეტრი
20 კონცეპტუალური კითხვა და პასუხი სამუშაო-მექანიკური ენერგიის პრინციპთან დაკავშირებით:
1. კითხვა: რა არის სამუშაო-მექანიკური ენერგიის პრინციპი? პასუხი: სამუშაო-მექანიკური ენერგიის პრინციპი აცხადებს, რომ სხეულზე შესრულებული სამუშაო უდრის მისი მექანიკური ენერგიის ცვლილებას.
2. კითხვა: როგორ განისაზღვრება მუშაობა ფიზიკაში? პასუხი: მუშაობა განისაზღვრება, როგორც ობიექტზე გამოყენებული ძალისა და ძალის მიმართულებით მის მიერ განვლილი მანძილის ნამრავლი.
3. კითხვა: რას წარმოადგენს მექანიკური ენერგია? პასუხი: მექანიკური ენერგია შედგება ობიექტის კინეტიკური ენერგიისა და პოტენციური ენერგიისგან.
4. კითხვა: არაკონსერვატიული ძალების არარსებობის შემთხვევაში, რა შეიძლება ითქვას დახურული სისტემის სრულ მექანიკურ ენერგიაზე? პასუხი: სრულ მექანიკური ენერგია მუდმივი რჩება.
5. კითხვა: მოიყვანეთ კონსერვატიული ძალის მაგალითი. პასუხი: გრავიტაციული ძალა კონსერვატიული ძალის მაგალითია.
6. კითხვა: რით განსხვავდება პოტენციური ენერგია კინეტიკური ენერგიისგან? პასუხი: პოტენციური ენერგია არის ენერგია, რომელიც განპირობებულია პოზიციით, მაგალითად, მიწიდან სიმაღლით, ხოლო კინეტიკური ენერგია განპირობებულია მოძრაობით.
7. კითხვა: როგორ უკავშირდება კონსერვატიული ძალის მიერ შესრულებული მუშაობა პოტენციურ ენერგიას? პასუხი: კონსერვატიული ძალის მიერ შესრულებული მუშაობა უდრის პოტენციური ენერგიის უარყოფით ცვლილებას.
9. კითხვა: როგორ ხსნის სამუშაო-მექანიკური ენერგიის პრინციპი თავისუფლად ვარდნის პროცესში მყოფი სხეულის პოტენციური ენერგიის კინეტიკურ ენერგიად გარდაქმნას? პასუხი: როდესაც სხეული ვარდება, მისი პოტენციური ენერგია მცირდება და კინეტიკური ენერგია იზრდება ექვივალენტური რაოდენობით, რაც ინარჩუნებს მთლიან მექანიკურ ენერგიას მუდმივად.
10. კითხვა: რა ემართება სისტემის მექანიკურ ენერგიას, როდესაც მასზე მოქმედებს არაკონსერვატიული ძალები, როგორიცაა ხახუნი? პასუხი: მექანიკური ენერგია მცირდება, რადგან არაკონსერვატიული ძალები ენერგიას, ხშირად სითბოს სახით, ფანტავენ.
11. კითხვა: შეიძლება თუ არა სისტემის მექანიკური ენერგიის გაზრდა? პასუხი: დიახ, როდესაც სისტემაზე გარე სამუშაო სრულდება.
12. კითხვა: როგორ უკავშირდება სამუშაოს ცნება ენერგიას? პასუხი: სამუშაო არის საშუალება, რომლითაც ენერგია გადადის ან გარდაიქმნება სისტემაში.
13. კითხვა: თუ სხეული მუდმივი სიჩქარით მოძრაობს, რა შეიძლება ითქვას მასზე შესრულებული წმინდა სამუშაოს შესახებ? პასუხი: მასზე შესრულებული წმინდა სამუშაო ნულის ტოლია, რადგან აჩქარება არ ხდება.
15. კითხვა: რატომ აქვს შეკუმშულ ზამბარას პოტენციური ენერგია? პასუხი: როდესაც ზამბარა შეკუმშულია, მასზე სრულდება მუშაობა, რომელიც გროვდება პოტენციური ენერგიის სახით. ეს ენერგია შეიძლება გამოიყოს ზამბარის გაშვებისას.
16. კითხვა: რა არის სამუშაო-ენერგიის თეორემა? პასუხი: სამუშაო-ენერგიის თეორემა ამბობს, რომ სხეულზე შესრულებული სამუშაო უდრის მისი კინეტიკური ენერგიის ცვლილებას.
17. კითხვა: როგორ არის დაკავშირებული სიმძლავრე მუშაობასთან? პასუხი: სიმძლავრე არის სიჩქარე, რომლითაც სრულდება მუშაობა ან გადადის ენერგია. ის გამოითვლება როგორც , სადაც არის მუშაობა და არის დრო.
18. კითხვა: შეიძლება თუ არა მუშაობას ჰქონდეს უარყოფითი მნიშვნელობა? პასუხი: დიახ, მუშაობა უარყოფითია, როდესაც ძალა და მოძრაობის მიმართულება საპირისპიროა.
19. კითხვა: თუ ძალასა და მოძრაობის მიმართულებას შორის კუთხე 90 გრადუსია, რა არის შესრულებული მუშაობა? პასუხი: შესრულებული მუშაობა ნულის ტოლია, რადგან ძალას მოძრაობის მიმართულებით კომპონენტი არ აქვს.
20. კითხვა: როგორ აადვილებს სამუშაოს მარტივი მანქანა, მაგალითად ბერკეტი? პასუხი: ბერკეტი არ ცვლის შესრულებული სამუშაოს მთლიან რაოდენობას, მაგრამ ცვლის ძალის გამოყენების წესს, რაც ამოცანას უფრო მართვადს ან ეფექტურს ხდის.
სამუშაოს ცნება და მექანიკური ენერგიის პრინციპი ფუნდამენტურია ფიზიკაში და იძლევა ფუნდამენტურ გაგებას იმის შესახებ, თუ როგორ გადადის და გარდაიქმნება ენერგია სხვადასხვა სისტემაში.
