6 voorbeelden van vragen over mechanische energie
Mechanische arbeid-energiestelling
1. Let goed op de afbeelding. verlossing Blokkeer als volgt! Neem aan dat g = 10 m/s²2Als de wrijvingscoëfficiënt tussen het blok en de vloer μAls k = 0,5, dan is de waarde van de verplaatsing (s) van het object ….
A. 5,00 m
B. 4,25 m
C. 3,00 m
D. 2,50 m
E. 2,00 m
Discussie
Het is bekend :
Coëfficiënt van kinetische wrijving (μk) = 0,5
Massa van het blok (m) = 4 kg
Versnelling als gevolg van de zwaartekracht (g) = 10 m/s²2
Gewicht van het blok (w) = mg = (4)(10) = 40 Newton
Als het blok op een vlak oppervlak ligt, dan is de normaalkracht (N) = gewicht (w) = 40 Newton.
Initiële snelheid (v)1) = 5 m/sec
Eindsnelheid (v)2) = 0 m/sec
gevraagd : verplaatsing van object(en)?
Antwoorden :
De arbeid-mechanische-energiestelling stelt dat de arbeid (W) verricht door een niet-conservatieve kracht gelijk is aan de verandering in de mechanische energie van het object, oftewel de uiteindelijke mechanische energie (EM).2) – initiële mechanische energie (EM)1Kinetische wrijving is een niet-conservatieve kracht en de enige niet-conservatieve kracht die op het blok inwerkt, is kinetische wrijving.
W= ΔEM
fk s = EM2 – EM1
Arbeid verricht door kinetische wrijving:
W = fk s = (μk)(N)(s) = (0,5)(40)(s) = 20 s
Veranderingen in mechanische energie:
ΔEM = EM2 – EM1 = (EK + EP)2 – (EK + EP)1
Objecten bewegen over een vlak oppervlak en ondervinden geen hoogteverschillen.Δh = 0) dus er is geen verandering in de gravitationele potentiële energie (ΔEP = EP2 - EP1 = 0). De verandering in mechanische energie betreft dus alleen de verandering in kinetische energie.
ΔEM = EK2 – EK1 = ½ mv22 – ½ mv12 = ½ m (v22 - v12)
ΔEM = ½ (4)(02 - 52) = (2)(25) = 50
De verplaatsing van het blok is:
W= ΔEM
20 s = 50
s = 50 / 20 = 2,5 meter
Het juiste antwoord is D.
Wet van behoud van mechanische energie
2. Objecten A en B hebben dezelfde massa. Object A valt van een hoogte van h meter en object B valt van 2h meter. Als A de grond raakt met een snelheid van v m/s, dan zal object B de grond raken met een kinetische energie van ….
A. 2 mV2
B. mv2
C. 3/4 mV2
D. 1/2 mV2
E. 1/4 mv2
Discussie
De eindsnelheid van object B, dat vrij valt vanaf een hoogte van 2h, is:
v2 = 2 g (2h) = 4 gh
De kinetische energie van object B is:
EKB = ½ mv2 = ½ m (4 gh) = 2 mgh —– Vergelijking 1
De initiële mechanische energie van object B is de zwaartekrachtspotentiële energie = mg h. De uiteindelijke mechanische energie van object B is de kinetische energie = ½ mv2.
Wet van behoud van mechanische energie :
mgh = ½ mv2.
Omdat mgh = ½ mv2 Dan kunnen we mgh in vergelijking 1 vervangen door ½ mv.2.
Kinetische energie van object B = 2 mgh = 2(½ mv2) = mv2
Het juiste antwoord is B.
3. Kijk naar de afbeelding hieronder! Een voorwerp valt vrij van een hoogte van 20 m. Als de zwaartekrachtversnelling 10 m/s² is, wat is dan de snelheid van het voorwerp wanneer het zich 15 m boven de grond bevindt?
A. 2 m/s
B. 5 m/s
C. 10 m/s
D. 15 m/s
E. 20 m/s
Discussie
Eindmechanische energie = beginmechanische energie
De kinetische energie van het object op punt 2 = vermindering van de potentiële zwaartekrachtenergie met 5 meter
½ mv2 = mgh
½ v2 = (10)(20-15)
½ v2 = (10)(5)
½ v2 = 50
v2 = (2)(50)
v2 = 100
v = 10 m/s
Het juiste antwoord is C.
4. Een blok wordt bovenaan een hellend vlak vastgehouden, zoals weergegeven in de afbeelding. Wanneer het blok wordt losgelaten, glijdt het wrijvingsloos langs de helling. De snelheid van het blok wanneer het de onderkant van de helling bereikt is…
B. 8 ms-1
C. 10 ms-1
D. 12 ms-1
E. 16 ms-1
Discussie
Initiële mechanische energie = gravitationele potentiële energie = mgh = m (10)(5) = 50 m
Eindmechanische energie = kinetische energie = 1/2 mv2
De wet van behoud van mechanische energie stelt dat de initiële mechanische energie gelijk is aan de uiteindelijke mechanische energie.
EMo = EMt
50 m = 1/2 mv2
50 = 1/2 v2
100 = v2
v = 10 m/s
Het juiste antwoord is C.
5. Een blok met een massa van m kg wordt losgelaten vanaf een hoogte van h meter boven de grond, zoals weergegeven in de figuur. De verhouding tussen potentiële energie (EP) en kinetische energie (EK) wanneer het zich op punt M bevindt, is….
A. 1 : 3 
B. 1 : 2
C. 2 : 1
D. 2 : 5
E. 3 : 7
Discussie
Gravitationele potentiële energie op punt M:
EPM = mg (0,3 uur)
Kinetische energie op punt M = vermindering van de gravitationele potentiële energie met h - 0,3h = 0,7h
EKM = EP = mg (0,7 uur)
De verhouding tussen de potentiële zwaartekrachtenergie en de kinetische energie op punt M is:
EPM EKM
mg (0,3 uur) : mg (0,7 uur)
0,3: 0,7
3: 7
Het juiste antwoord is E.
6. Bekijk de afbeelding van object A dat vrij valt vanaf punt P hieronder!
Als EPQ en EKQ elk is de potentiële energie en kinetische energie op punt Q (g = 10 m/s²).2), vervolgens EPQ EKQ is….
A. 16 : 9
B. 9 : 16
C. 3 : 2
D. 2 : 3
E. 2 : 1
Discussie
Gravitationele potentiële energie op punt Q:
EPQ = mgh = (m)(10)(1,8) = 18 m
Kinetische energie op punt Q = vermindering van de zwaartekrachtspotentiële energie met 5 - 1,8 = 3,2 meter
EKQ = EP = mgh = m (10)(3,2) = 32 m
De verhouding tussen de potentiële zwaartekrachtenergie en de kinetische energie op punt Q is:
EPQ EKQ
18 m : 32 m
18: 32
9: 16
Bron van de vraag:
Natuurkundevragen voor het nationale eindexamen voor de bovenbouw van het voortgezet onderwijs/beroepsonderwijs.
