6 exemple de întrebări despre energia mecanică
Teorema lucrului mecanic-energie
1. Priviți următoarea imagine a deplasării blocului! Presupunem că g = 10 m/ s² . Dacă coeficientul de frecare cinetică dintre bloc și podea este μk = 0,5, atunci valoarea deplasării obiectului (s) este ….
A. 5,00 m
B. 4,25 m
C. 3,00 m
D. 2,50 m
E. 2,00 m
Pembahasan
Se știe că :
Coeficientul de frecare cinetică ( μk ) = 0,5
Masa blocului (m) = 4 kg
Accelerația gravitațională (g) = 10 m/ s²
Greutatea blocului (w) = mg = (4)(10) = 40 Newton
Dacă blocul se află pe o suprafață plană, atunci forța normală (N) = greutatea (w) = 40 newtoni.
Viteza inițială (v1 ) = 5 m/s
Viteza finală (v² ) = 0 m/s
Întrebare : deplasarea obiectului (obiectelor)?
Răspuns :
Teorema lucrului mecanic-energie afirmă că lucrul mecanic (W) efectuat de o forță neconservativă este egal cu schimbarea energiei mecanice a obiectului sau energia mecanică finală (EM2 ) – energia mecanică inițială (EM1 ) . Frecarea cinetică este o forță neconservativă, iar singura forță neconservativă care acționează asupra blocului este forța de frecare cinetică.
W = ΔEM
fks = EM² – EM¹
Lucrul mecanic efectuat prin frecare cinetică:
W = fks = ( μk ) (N)(s) = (0,5)(40)(s) = 20 s
Modificări ale energiei mecanice:
Δ EM = EM 2 – EM 1 = (EK + EP) 2 – (EK + EP) 1
Un obiect se mișcă pe o suprafață plană și nu suferă o modificare a înălțimii ( Δ h = 0), deci nu există nicio modificare a energiei potențiale gravitaționale ( Δ EP = EP² – EP¹ = 0). Așadar, modificările energiei mecanice implică doar modificări ale energiei cinetice.
Δ EM = EK 2 – EK 1 = ½ mv 2 2 – ½ mv 1 2 = ½ m (v 2 2 – v 1 2 )
Δ EM = ½ (4)(0 2 – 5 2 ) = (2)(25) = 50
Deplasarea blocului este:
W = ΔEM
20 sec = 50
s = 50 / 20 = 2,5 metri
Răspunsul corect este D.
Legea conservării energiei mecanice
2. Obiectele A și B au aceeași masă. Obiectul A cade de la o înălțime de h metri, iar B cade de la 2 h metri. Dacă A lovește pământul cu o viteză de vm/s, atunci obiectul B va lovi pământul cu o energie cinetică de….
A. 2 mv²
B. mv 2
C. 3/4 mv²
D. 1/2 mv²
E. 1/4 mv²
Pembahasan
Viteza finală a obiectului B care cade liber de la o înălțime de 2h este:
v² = 2 g (2h) = 4 gh
Energia cinetică a obiectului B este:
EK B = ½ mv² = ½ m (4 gh) = 2 mgh —– Ecuația 1
Energia mecanică inițială a obiectului B este energia potențială gravitațională = mg h. Energia mecanică finală a obiectului B este energia cinetică = ½ mv².
Legea conservării energiei mecanice :
mgh = ½ mv².
Deoarece mgh = ½ mv² , putem înlocui mgh în ecuația 1 cu ½ mv².
Energia cinetică a obiectului B = 2 mgh = 2(½ mv² ) = mv²
Răspunsul corect este B.
3. Priviți imaginea de mai jos! Un obiect cade liber de la o înălțime de 20 m. Dacă accelerația gravitațională este de 10 m/s, atunci viteza obiectului când se află la 15 m deasupra solului este….
A. 2 m/s
B. 5 m/s
C. 10 m/s
D. 15 m/s
E. 20 m/s
Pembahasan
Energia mecanică finală = energia mecanică inițială
Energia cinetică a obiectului în punctul 2 = reducerea energiei potențiale gravitaționale cu 5 metri
½ mv² = mgh
½ v² = (10)(20-15)
½ v² = (10)(5)
½ v² = 50
v² = ( 2 )(50)
v² = 100
v = 10 m / s
Răspunsul corect este C.
4. Un bloc este ținut în vârful unui plan înclinat, așa cum se arată în figură. Când este eliberat, blocul alunecă fără frecare de-a lungul pantei. Viteza blocului când ajunge la baza pantei este…
B. 8 ms -1
C. 10 ms -1
D. 12 ms -1
E. 16 ms -1
Pembahasan
Energia mecanică inițială = energia potențială gravitațională = mgh = m (10)(5) = 50 m
Energie mecanică finală = energie cinetică = 1/2 mv²
Legea conservării energiei mecanice afirmă că energia mecanică inițială = energia mecanică finală.
EM o = EM t
50 m = 1/2 mv²
50 = 1/2 vs 2
2 (50) = v²
100 = v²
v = 10 m / s
Răspunsul corect este C.
5. Un bloc cu masa de m kg este eliberat de la o înălțime de h metri deasupra solului, așa cum se arată în imagine. Raportul dintre energia potențială (EP) și energia cinetică (EK) atunci când se află în punctul M este….
A. 1:3 
B. 1:2
C. 2: 1
D. 2:5
E. 3:7
Pembahasan
Energia potențială gravitațională în punctul M:
EP M = mg (0,3 h)
Energia cinetică în punctul M = reducerea energiei potențiale gravitaționale cu h - 0,3h = 0,7 h
EK M = EP = mg (0,7 h)
Raportul dintre energia potențială gravitațională și energia cinetică în punctul M este:
EP M : EK M
mg (0,3 ore) : mg (0,7 ore)
0,3: 0,7
3: 7
Răspunsul corect este E.
6. Priviți imaginea obiectului A care cade liber din punctul P de mai jos!
Dacă EP Q și EK Q sunt energia potențială și respectiv energia cinetică în punctul Q (g = 10 m/s² ) , atunci EP Q : EK Q este….
A. 16:9
B. 9:16
C. 3: 2
D. 2:3
E. 2:1
Pembahasan
Energia potențială gravitațională în punctul Q:
EP Q = mgh = (m)(10)(1,8) = 18 m
Energia cinetică în punctul Q = reducerea energiei potențiale gravitaționale cu 5 - 1,8 = 3,2 metri
EK Q = EP = mgh = m (10)(3,2) = 32 m
Raportul dintre energia potențială gravitațională și energia cinetică în punctul Q este:
EP Q : EK Q
18 m : 32 m
18: 32
9: 16
Sursa întrebării:
Întrebări de fizică pentru examenul național de liceu/liceu vocațional
