Prinsip Kerja-Tenaga Kinetik
Jika daya bersih bekerja pada sesuatu objek, objek tersebut mengalami pecutan (objek tersebut mengalami sesaran). Apabila objek tersebut mengalami pecutan, kelajuan objek tersebut berubah. Dalam erti kata lain, kerja yang dilakukan oleh daya bersih adalah berkaitan dengan kelajuan awal dan akhir objek.
Kerja yang dilakukan pada objek oleh daya bersih yang malar ialah:
W bersih = ΣF s
Hukum kedua Newton menyatakan bahawa jika terdapat daya bersih yang bekerja pada suatu objek, objek tersebut akan mengalami pecutan.
W bersih = (ma) s
Jika daya bersih adalah malar, pecutan yang dialami oleh objek juga adalah malar. Oleh itu, kita boleh menggantikan persamaan gerakan linear tak seragam dengan pecutan (a) dan sesaran (s).
Gabungkan persamaan gerakan linear tak seragam ke dalam persamaan kerja:
Penerangan: EK t = tenaga kinetik akhir, EK o = tenaga kinetik awal, m = jisim, v t = laju akhir, v o = laju awal
Persamaan ini membentuk teorem tenaga kerja-kinetik. Teorem tenaga kerja-kinetik memaklumkan kita bahawa kerja bersih atau kerja yang dilakukan oleh daya bersih pada sesuatu objek adalah sama dengan perubahan tenaga kinetik objek. Ia juga memaklumkan kita bahawa tenaga kinetik objek adalah sama dengan kerja bersih yang diperlukan untuk memecut objek daripada keadaan pegun kepada bergerak pada kelajuan tertentu, dan sebaliknya.
Contoh soalan 5: Teorem tenaga kinetik kerja
Sebuah kereta dengan jisim 1000 kg bergerak dari keadaan pegun. Dalam sekelip mata, kelajuannya meningkat kepada 10 m/s. Berapakah kerja bersih yang dilakukan oleh enjin kereta itu?
Penyelesaian:
Diketahui: m = 1000 kg, v = laju awal = 0 m/s (pada mulanya, kereta itu pegun), v = laju akhir = 10 m/s
Dikehendaki: Rangkaian
W bersih = 1⁄2 m (v t 2 – v o 2 )
W bersih = 1⁄2 (1000)(10 2 – 0 2 ) = (500)(100 – 0) = (500)(100) = 50,000 Joule
1. Apakah prinsip Tenaga Kerja-Kinetik? Prinsip Tenaga Kerja-Kinetik menyatakan bahawa kerja bersih yang dilakukan pada suatu objek adalah sama dengan perubahan tenaga kinetiknya. Secara matematik, , dengan ialah tenaga kinetik akhir tolak tenaga kinetik awal.
2. Bagaimanakah kerja berkaitan dengan perubahan halaju sesuatu objek? Kerja yang dilakukan pada objek boleh mengubah halajunya. Secara khususnya, kerja bersih yang dilakukan pada objek adalah sama dengan perubahan tenaga kinetiknya, dan tenaga kinetik berkaitan dengan kuasa dua halaju. Oleh itu, jika kerja bersih positif dilakukan pada objek, halajunya (dan oleh itu tenaga kinetiknya) meningkat.
3. Apakah yang berlaku kepada tenaga kinetik sesuatu objek apabila kerja negatif dilakukan ke atasnya? Apabila kerja negatif dilakukan pada sesuatu objek, tenaga kinetiknya berkurangan. Ini boleh mengakibatkan objek menjadi perlahan.
4. Bagaimanakah prinsip Kerja-Tenaga Kinetik berkaitan dengan hukum kedua Newton? Hukum kedua Newton menerangkan bagaimana daya mempengaruhi gerakan objek, manakala prinsip Kerja-Tenaga Kinetik mengaitkan kerja yang dilakukan oleh daya tersebut dengan perubahan tenaga kinetik. Kedua-dua konsep ini dikaitkan melalui idea bahawa daya boleh mengubah keadaan gerakan dan tenaga objek.
5. Bolehkah tenaga kinetik sesuatu objek menjadi negatif? Tidak, tenaga kinetik sentiasa bukan negatif. Ia diberikan oleh formula , dengan m ialah jisim dan v ialah halaju. Oleh kerana kedua-dua jisim dan kuasa dua halaju adalah positif, tenaga kinetik juga positif atau sifar.
6. Bagaimanakah prinsip Kerja-Tenaga Kinetik terpakai kepada objek yang bergerak dalam laluan bulat? Bagi objek yang bergerak dalam laluan bulat pada kelajuan malar, tenaga kinetiknya kekal malar kerana kelajuannya tidak berubah. Walau bagaimanapun, arah halajunya berubah secara berterusan. Jika hanya daya memusat (seperti tegangan atau daya graviti) yang bertindak ke atas objek, kerja yang dilakukan oleh daya-daya ini adalah sifar kerana ia bertindak serenjang dengan arah gerakan. Oleh itu, tiada kerja bersih yang dilakukan, dan tiada perubahan dalam tenaga kinetik.
7. Sekiranya tiada daya luaran, bagaimanakah tenaga kinetik sesuatu objek berubah? Sekiranya tiada daya luaran, tiada kerja dilakukan pada objek tersebut, yang bermaksud tenaga kinetiknya kekal malar. Ini adalah manifestasi pemuliharaan tenaga.
8. Apakah maksudnya apabila kerja bersih yang dilakukan pada sesuatu objek adalah sifar? Apabila kerja bersih yang dilakukan pada sesuatu objek adalah sifar, ini bermakna tenaga kinetik objek tidak berubah. Objek itu mungkin masih bergerak, tetapi kelajuannya kekal malar.
9. Bolehkah sesuatu objek mempunyai tenaga kinetik walaupun tiada kerja yang dilakukan ke atasnya? Ya, sesuatu objek boleh mempunyai tenaga kinetik tanpa sebarang kerja yang dilakukan ke atasnya dalam jangka masa tertentu. Contohnya, objek yang sudah bergerak di angkasa lepas (jauh dari jasad graviti) akan mengekalkan tenaga kinetiknya dan terus bergerak pada halaju malar, walaupun tiada daya luaran yang bertindak ke atasnya.
10. Bagaimanakah kerja yang dilakukan oleh daya bukan konservatif mempengaruhi tenaga kinetik sesuatu objek? Kerja yang dilakukan oleh daya bukan konservatif boleh meningkatkan atau mengurangkan tenaga kinetik sesuatu objek, bergantung pada arah dan magnitud daya relatif kepada gerakan objek. Contohnya, geseran, daya bukan konservatif, biasanya melakukan kerja negatif, sekali gus mengurangkan tenaga kinetik objek.
