Prinsip kerja-tenaga mekanikal
Teorem kerja-tenaga kinetik menyatakan bahawa kerja bersih atau kerja yang dilakukan oleh daya bersih adalah sama dengan perubahan tenaga kinetik.
W bersih = KE t – KE o = 1⁄2 m(v t 2 – v o 2 )
W bersih = Terdapat dua jenis daya, iaitu daya konservatif dan daya bukan konservatif. Oleh itu, kerja bersih boleh dianggap terdiri daripada kerja yang dilakukan oleh daya konservatif dan kerja yang dilakukan oleh daya bukan konservatif.
W c + W nc = ΔKE
Kerja yang dilakukan oleh daya konservatif adalah sama dengan perubahan negatif dalam tenaga keupayaan:
Wc = -ΔPE
– ΔPE + W nc = ΔKE
W nc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
Persamaan di atas menyatakan bahawa kerja yang dilakukan oleh daya bukan konservatif ke atas sesuatu objek adalah sama dengan perubahan tenaga mekanikal objek tersebut. Tenaga mekanikal = tenaga keupayaan + tenaga kinetik. Tenaga keupayaan boleh berbentuk tenaga keupayaan graviti atau tenaga keupayaan anjal.
Contoh soalan: Teorem kerja-tenaga mekanikal
Sebuah kotak 2 kg pada mulanya bergerak pada kelajuan 10 m/s. Tidak lama kemudian, kotak itu berhenti. Pekali geseran kinetik antara kotak dan lantai ialah 0.2. Pecutan graviti ialah 10 m/s² . Berapakah sesaran kotak itu?
Perbincangan:
Dikenal pasti: m = 2 kg, v = 10 m/s, vt = 0, k = 0.2, w = mg = (1 kg)(10 m/s² ) = 10 kg m/s² = 10 Newton,
Ditanya: jumlah sesaran kotak itu
Teorem kerja-tenaga mekanikal:
W nc = ΔME
W nc = ΔPE + ΔKE
Ketinggian (h) kekal malar atau tiada perubahan pada ketinggian, jadi tiada perubahan dalam tenaga keupayaan graviti.
Wnc = ΔKE
Kerja yang dilakukan oleh daya geseran kinetik ialah:
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)
Daya geseran kinetik melakukan kerja negatif (daya geseran kinetik berada dalam arah yang bertentangan dengan anjakan objek)
Perubahan tenaga kinetik:
ΔKE = 1⁄2 m (vt 2 – vo 2 ) = 1⁄2 (2)(0 2 – 10 2 ) = (0 – 100) = – 100
Sesaran objek:
W nc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = 25 meter
20 soalan konseptual dan jawapan tentang prinsip kerja-tenaga mekanikal:
1. Soalan: Apakah prinsip kerja-tenaga mekanikal? Jawapan: Prinsip kerja-tenaga mekanikal menyatakan bahawa kerja yang dilakukan pada suatu objek adalah sama dengan perubahan tenaga mekanikalnya.
2. Soalan: Bagaimanakah kerja ditakrifkan dalam fizik? Jawapan: Kerja ditakrifkan sebagai hasil darab daya yang dikenakan pada sesuatu objek dan jarak ia bergerak dalam arah daya tersebut
3. Soalan: Apakah yang membentuk tenaga mekanikal? Jawapan: Tenaga mekanikal terdiri daripada tenaga kinetik dan tenaga keupayaan objek.
4. Soalan: Sekiranya tiada daya bukan konservatif, apakah yang boleh dikatakan tentang jumlah tenaga mekanikal bagi sistem tertutup? Jawapan: Jumlah tenaga mekanikal kekal malar.
5. Soalan: Berikan satu contoh daya konservatif. Jawapan: Daya graviti ialah satu contoh daya konservatif.
6. Soalan: Bagaimanakah tenaga keupayaan berbeza daripada tenaga kinetik? Jawapan: Tenaga keupayaan ialah tenaga yang disebabkan oleh kedudukan, seperti ketinggian di atas tanah, manakala tenaga kinetik adalah disebabkan oleh gerakan.
7. Soalan: Bagaimanakah kerja yang dilakukan oleh daya konservatif berkaitan dengan tenaga keupayaan? Jawapan: Kerja yang dilakukan oleh daya konservatif adalah sama dengan perubahan negatif dalam tenaga keupayaan.
9. Soalan: Bagaimanakah prinsip kerja-tenaga mekanikal menjelaskan penukaran tenaga keupayaan kepada tenaga kinetik dalam objek yang jatuh bebas? Jawapan: Apabila objek jatuh, tenaga keupayaannya berkurangan dan tenaga kinetiknya meningkat dengan jumlah yang setara, memastikan jumlah tenaga mekanikal malar.
10. Soalan: Apakah yang berlaku kepada tenaga mekanikal sesuatu sistem apabila daya bukan konservatif, seperti geseran, bertindak ke atasnya? Jawapan: Tenaga mekanikal berkurangan kerana daya bukan konservatif melesapkan tenaga, selalunya sebagai haba.
11. Soalan: Bolehkah tenaga mekanikal sistem meningkat? Jawapan: Ya, apabila kerja luaran dilakukan pada sistem.
12. Soalan: Bagaimanakah konsep kerja berkaitan dengan tenaga? Jawapan: Kerja ialah cara tenaga dipindahkan atau diubah dalam sesuatu sistem.
13. Soalan: Jika suatu objek bergerak pada halaju malar, apakah yang boleh dikatakan tentang kerja bersih yang dilakukan ke atasnya? Jawapan: Kerja bersih yang dilakukan ke atasnya adalah sifar kerana tiada pecutan yang berlaku.
15. Soalan: Mengapakah spring yang dimampatkan mempunyai tenaga keupayaan? Jawapan: Apabila spring dimampatkan, kerja dilakukan ke atasnya, yang disimpan sebagai tenaga keupayaan. Tenaga ini boleh dibebaskan apabila spring dilepaskan.
16. Soalan: Apakah teorem kerja-tenaga? Jawapan: Teorem kerja-tenaga menyatakan bahawa kerja yang dilakukan pada suatu objek adalah sama dengan perubahan tenaga kinetiknya.
17. Soalan: Bagaimanakah kuasa berkaitan dengan kerja? Jawapan: Kuasa ialah kadar kerja dilakukan atau tenaga dipindahkan. Ia dikira sebagai , dengan ialah kerja dan ialah masa.
18. Soalan: Bolehkah kerja mempunyai nilai negatif? Jawapan: Ya, kerja adalah negatif apabila daya dan arah gerakan bertentangan.
19. Soalan: Jika sudut antara daya dan arah gerakan ialah 90 darjah, apakah kerja yang dilakukan? Jawapan: Kerja yang dilakukan ialah sifar kerana daya tidak mempunyai komponen dalam arah gerakan.
20. Soalan: Bagaimanakah mesin ringkas, seperti tuil, memudahkan kerja? Jawapan: Tuil tidak mengubah jumlah kerja yang dilakukan tetapi mengubah cara daya dikenakan, menjadikan tugas lebih mudah diurus atau cekap.
Konsep kerja dan prinsip tenaga mekanikal adalah asas dalam fizik dan memberikan pemahaman asas tentang bagaimana tenaga dipindahkan dan diubah dalam pelbagai sistem.
