Eksempelspørsmål om mekanisk energi

6 eksempler på spørsmål om mekanisk energi

Mekanisk arbeid-energi-teorem

1. Vær oppmerksom på bildet perpindahan blokk som følger! Anta at g = 10 m/s²Hvis den kinetiske friksjonskoeffisienten mellom blokken og gulvet μk = 0,5, så er verdien av objektets forskyvning (s) ….

A. 5,00 moh.

B. 4,25 moh.

Ca. 3,00 m

D. 2,50 m

Ø. 2,00 moh.

Diskusjon

Det er kjent :

Kinetisk friksjonskoeffisient (μk) = 0,5

Klossens masse (m) = 4 kg

Tyngdeakselerasjon (g) = 10 m/s²

Blokkens vekt (w) = mg = (4)(10) = 40 Newton

Hvis blokken står på en flat overflate, er normalkraften (N) = vekten (w) = 40 Newton.

Starthastighet (v₁) = 5 m/s

Slutthastighet (v₂) = 0 m/s

Spurt : forskyvning av objekt(er)?

Jawab :

Arbeid-mekanisk energi-teoremet sier at arbeidet (W) utført av en ikke-konservativ kraft er lik endringen i objektets mekaniske energi eller den endelige mekaniske energien (EM).₂) – initial mekanisk energi (EM)₁Kinetisk friksjon er en ikke-konservativ kraft, og den eneste ikke-konservative kraften som virker på blokken er kinetisk friksjon.

W= ΔEM

f_k s = EM₂ – EM₁

Arbeid utført av kinetisk friksjon:

W = f_k s = (μk)(N)(s) = (0,5)(40)(s) = 20 s

Endringer i mekanisk energi:

ΔEM = EM₂ – EM₁ = (EK + EP)₂ – (EK + EP)₁

Objekter beveger seg på en flat overflate og opplever ikke høydeendringer (Δh = 0), så det er ingen endring i gravitasjonspotensiell energi (ΔEP = EP₂ – EP₁ = 0). Så endringen i mekanisk energi involverer bare endringen i kinetisk energi.

ΔEM = EK₂ – EK₁ = ½ mV₂² – ½ mv₁² = ½ m (v₂² - v₁²)

ΔEM = ½ (4)(0² - 5²) = (2)(25) = 50

Blokkens forskyvning er:

W= ΔEM

20 sekunder = 50

s = 50 / 20 = 2,5 meter

Det riktige svaret er D.

Loven om bevaring av mekanisk energi

2. Objektene A og B har samme masse. Objekt A faller fra en høyde på h meter og B faller fra 2h meter. Hvis A treffer bakken med en hastighet på vm/s, vil objekt B treffe bakken med en kinetisk energi på….

A. 2 mv²

B. mv²

C. 3/4 mv²

D. 1/2 mv²

Ø. 1/4 mv²

Diskusjon

Slutthastigheten til objekt B som faller fritt fra en høyde på 2t er:

v² = 2 g (2t) = 4 gh

Den kinetiske energien til objekt B er:

EK_B = ½ mV² = ½ m (4 gh) = 2 mgh —– Ligning 1

Den innledende mekaniske energien til objekt B er gravitasjonspotensiell energi = mg h. Den endelige mekaniske energien til objekt B er kinetisk energi = ½ mv².

Loven om bevaring av mekanisk energi :

mgh = ½ mv².

Fordi mgh = ½ mv² så kan vi erstatte mgh i ligning 1 med ½ mv².

Kinetisk energi til objekt B = 2 mgh = 2(½ mv²) = mv²

Det riktige svaret er B.

3. Se på bildet nedenfor! En gjenstand faller fritt fra en høyde på 20 m. Hvis tyngdeakselerasjonen er 10 m/s, er objektets hastighet når den er 15 m over bakken….

A. 2 m/s

B. 5 m/s

C. 10 m/s

D. 15 m/s

Ø. 20 m/s

Diskusjon

Sluttmekanisk energi = initial mekanisk energi

Den kinetiske energien til objektet i punkt 2 = reduksjon i gravitasjonspotensiell energi med 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

Det riktige svaret er C.

4. En blokk holdes på toppen av et skråplan som vist på figuren. Når den slippes, glir blokken friksjonsfritt langs stigningen. Klossens hastighet når den når bunnen av stigningen er…

A. 6 ms^-1

B. 8 ms^-1

C. 10 ms^-1

D. 12 ms^-1

Ø. 16 ms^-1

Diskusjon

Initiell mekanisk energi = gravitasjonspotensiell energi = mgh = m (10)(5) = 50 m

Sluttmekanisk energi = kinetisk energi = 1/2 mV²

Loven om bevaring av mekanisk energi sier at initial mekanisk energi = slutt mekanisk energi.

EM_o = EM_t

50 m = 1/2 mV²

50 = 1/2 volt²

2 (50) = én²

100 = volum²

v = 10 m/s

Det riktige svaret er C.

5. En blokk med en masse på m kg slippes løs fra en høyde på h meter over bakken som vist i figuren. Forholdet mellom potensiell energi (EP) og kinetisk energi (EK) når den er i punkt M er….

A. 1: 3

B. 1: 2

C. 2:1

D. 2:5

E. 3: 7

Diskusjon

Gravitasjonspotensiell energi i punkt M:

EP_M = mg (0,3 timer)

Kinetisk energi i punkt M = reduksjon i gravitasjonspotensiell energi med h⁻⁸ 0,3 h = 0,7 h

EK_M = EP = mg (0,7 t)

Forholdet mellom gravitasjonspotensiell energi og kinetisk energi i punkt M er:

EP_M EK_M

mg (0,3 t): mg (0,7 t)

0,3: 0,7

3: 7

Det riktige svaret er E.

6. Se på bildet av objekt A som faller fritt fra punkt P nedenfor!

Hvis EP_Q og EK_Q hver er den potensielle energien og den kinetiske energien i punkt Q (g = 10 m/s²), deretter EP_Q EK_Q er….

A. 16: 9

B. 9: 16

C. 3:2

D. 2:3

E. 2: 1

Diskusjon

Gravitasjonspotensiell energi i punkt Q:

EP_Q = mgh = (m)(10)(1,8) = 18 m

Kinetisk energi i punkt Q = reduksjon i gravitasjonspotensiell energi med 5-1,8 = 3,2 meter

EK_Q = EP = mgh = m (10)(3,2) = 32 m

Forholdet mellom gravitasjonspotensiell energi og kinetisk energi i punkt Q er:

EP_Q EK_Q

18 meter: 32 meter

18: 32

9: 16

Kilde for spørsmålet:

Nasjonale eksamensspørsmål i fysikk for videregående skole/yrkesfaglig videregående skole