Darbo ir mechaninės energijos principas
Darbo ir kinetinės energijos teorema teigia, kad grynasis darbas arba grynosios jėgos atliktas darbas yra lygus kinetinės energijos pokyčiui.
W grynasis = TO t – TO o = 1⁄2 m(v t 2 – v o 2 )
W grynasis = Yra dviejų tipų jėgos: konservatyvioji jėga ir nekonservatyvioji jėga. Taigi, grynąjį darbą galima laikyti sudarytu iš konservatyviosios jėgos ir nekonservatyviosios jėgos atlikto darbo.
W c + W nc = ΔKE
Konservatyviosios jėgos atliktas darbas yra lygus neigiamam potencialinės energijos pokyčiui:
W c = -ΔPE
– ΔPE + W nc = ΔKE
W nc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
Aukščiau pateikta lygtis teigia, kad nekonservatyvios jėgos, veikiančios objektą, atliktas darbas yra lygus objekto mechaninės energijos pokyčiui. Mechaninė energija = potencialinė energija + kinetinė energija. Potencinė energija gali būti gravitacinės potencialinės energijos arba elastinės potencialinės energijos pavidalu.
Pavyzdinis klausimas: darbo ir mechaninės energijos teorema
2 kg dėžė iš pradžių juda 10 m/s greičiu. Netrukus po to dėžė sustoja. Kinetinės trinties koeficientas tarp dėžės ir grindų yra 0.2. Gravitacinis pagreitis yra 10 m/s² . Koks yra dėžės poslinkis?
Diskusija:
Identifikuota: m = 2 kg, v0 = 10 m/s, vt = 0, k = 0.2, w = mg = (1 kg)(10 m/s² ) = 10 kg, m/ s² = 10 niutonų,
Paklausta: dėžės poslinkio dydis (s)
Darbo ir mechaninės energijos teorema:
W nc = ΔME
W nc = ΔPE + ΔKE
Aukštis (h) išlieka pastovus arba aukštis nekinta, todėl gravitacinė potencialinė energija nekinta.
Wnc = ΔKE
Kinetinės trinties jėgos atliekamas darbas yra:
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)
Kinetinė trinties jėga atlieka neigiamą darbą (kinetinė trinties jėga veikia priešinga kryptimi nei objekto poslinkis).
Kinetinės energijos pokytis:
ΔKE = 1⁄2 m (vt² – v0² ) = 1⁄2 (2)( 0² – 10² ) = (0 – 100) = – 100
Objekto poslinkis:
W nc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = –100 / –4 = 25 metrai
20 konceptualių klausimų ir atsakymų apie darbo ir mechaninės energijos principą:
1. Klausimas: Kas yra darbo ir mechaninės energijos principas? Atsakymas: Darbo ir mechaninės energijos principas teigia, kad objekto atliktas darbas yra lygus jo mechaninės energijos pokyčiui.
2. Klausimas: Kaip fizikoje apibrėžiamas darbas? Atsakymas: Darbas apibrėžiamas kaip objektui taikomos jėgos ir jo judėjimo jėgos kryptimi atstumo sandauga.
3. Klausimas: Kas yra mechaninė energija? Atsakymas: Mechaninę energiją sudaro objekto kinetinė energija ir potencialinė energija.
4. Klausimas: Ką galima pasakyti apie uždaros sistemos bendrąją mechaninę energiją, kai nėra nekonservatyviųjų jėgų? Atsakymas: Bendroji mechaninė energija išlieka pastovi.
5. Klausimas: Pateikite konservatyviosios jėgos pavyzdį. Atsakymas: Gravitacinė jėga yra konservatyviosios jėgos pavyzdys.
6. Klausimas: Kuo potencinė energija skiriasi nuo kinetinės energijos? Atsakymas: Potencinė energija yra energija, atsirandanti dėl padėties, pavyzdžiui, aukščio virš žemės, o kinetinė energija – dėl judėjimo.
7. Klausimas: Kaip konservatyviosios jėgos atliktas darbas yra susijęs su potencialine energija? Atsakymas: Konservatyviosios jėgos atliktas darbas yra lygus neigiamam potencialinės energijos pokyčiui.
9. Klausimas: Kaip darbo ir mechaninės energijos principas paaiškina laisvai krintančio objekto potencialinės energijos virsmą kinetine energija? Atsakymas: Krintant objektui, jo potencialinė energija mažėja, o kinetinė energija padidėja atitinkamu dydžiu, todėl bendra mechaninė energija išlieka pastovi.
10. Klausimas: Kas nutinka sistemos mechaninei energijai, kai ją veikia nekonservatyvios jėgos, tokios kaip trintis? Atsakymas: Mechaninė energija mažėja, nes nekonservatyvios jėgos išsklaido energiją, dažnai kaip šilumą.
11. Klausimas: Ar sistemos mechaninė energija gali padidėti? Atsakymas: Taip, kai sistemoje atliekamas išorinis darbas.
12. Klausimas: Kaip darbo sąvoka susijusi su energija? Atsakymas: Darbas yra priemonė, kuria energija perduodama arba transformuojama sistemoje.
13. Klausimas: Jei objektas juda pastoviu greičiu, ką galima pasakyti apie su juo atliekamą grynąjį darbą? Atsakymas: Su juo atliekamas grynasis darbas lygus nuliui, nes nėra jokio pagreičio.
15. Klausimas: Kodėl suspausta spyruoklė turi potencialinę energiją? Atsakymas: Kai spyruoklė suspaudžiama, ji atlieka darbą, kuris kaupiamas kaip potencialinė energija. Ši energija gali būti išlaisvinta, kai spyruoklė atleidžiama.
16. Klausimas: Kas yra darbo ir energijos teorema? Atsakymas: Darbo ir energijos teorema teigia, kad objekto atliktas darbas yra lygus jo kinetinės energijos pokyčiui.
17. Klausimas: Kaip galia yra susijusi su darbu? Atsakymas: Galia yra greitis, kuriuo atliekamas darbas arba perduodama energija. Ji apskaičiuojama taip: , kur yra darbas, o yra laikas.
18. Klausimas: Ar darbas gali turėti neigiamą vertę? Atsakymas: Taip, darbas yra neigiamas, kai jėga ir judėjimo kryptis yra priešingos.
19. Klausimas: Jei kampas tarp jėgos ir judėjimo krypties yra 90 laipsnių, koks yra atliktas darbas? Atsakymas: Atliktas darbas lygus nuliui, nes jėga neturi judėjimo krypties dedamosios.
20. Klausimas: Kaip paprasta mašina, pavyzdžiui, svirtis, palengvina darbą? Atsakymas: Svirtis nekeičia bendro atliekamo darbo, bet pakeičia jėgos taikymo būdą, todėl užduotis tampa lengviau įveikiama arba efektyvesnė.
Darbo sąvoka ir mechaninės energijos principas yra esminiai fizikos dėsniai, padedantys suprasti, kaip energija perduodama ir transformuojama įvairiose sistemose.
