Princíp práce a mechanickej energie
Veta o kinetickej energii hovorí, že čistá práca alebo práca vykonaná čistou silou sa rovná zmene kinetickej energie.
W netto = TO t – TO o = 1⁄2 m(v t² – v o² )
W net = Existujú dva typy síl, a to konzervatívna sila a nekonzervatívna sila. Čistú prácu teda možno považovať za prácu vykonanú konzervatívnou silou a prácu vykonanú nekonzervatívnou silou.
W c + W nc = ΔKE
Práca vykonaná konzervatívnou silou sa rovná zápornej zmene potenciálnej energie:
W c = -ΔPE
– ΔPE + Wnc = ΔKE
Wnc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
Vyššie uvedená rovnica hovorí, že práca vykonaná nekonzervatívnou silou na telese sa rovná zmene mechanickej energie telesa. Mechanická energia = potenciálna energia + kinetická energia. Potenciálna energia môže mať formu gravitačnej potenciálnej energie alebo elastickej potenciálnej energie.
Príklad otázky: Veta o práci a mechanickej energii
Krabica s hmotnosťou 2 kg sa spočiatku pohybuje rýchlosťou 10 m/s. Krátko nato sa krabica zastaví. Koeficient kinetického trenia medzi krabicou a podlahou je 0.2. Tiažové zrýchlenie je 10 m/s² . Aký je posun krabice?
Diskusia:
Identifikované: m = 2 kg, v o = 10 m/s, vt = 0, k = 0.2, w = mg = (1 kg)(10 m/s² ) = 10 kg m/s² = 10 Newtonov,
Otázka: veľkosť posunutia krabice (s)
Veta o práci a mechanickej energii:
Wnc = ΔME
Wnc = ΔPE + ΔKE
Výška (h) zostáva konštantná alebo sa výška nemení, takže sa nemení ani gravitačná potenciálna energia.
Wnc = ΔKE
Práca vykonaná kinetickou trecou silou je:
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)
Kinetická trecia sila vykonáva zápornú prácu (kinetická trecia sila má opačný smer ako je smer posunutia objektu).
Zmena kinetickej energie:
ΔKE = 1⁄2 m (vt2 – vo2 ) = 1⁄2 (2)(02 – 102 ) = (0 – 100) = – 100
Posun objektu:
Wnc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = 25 metrov
20 koncepčných otázok a odpovedí o princípe práce a mechanickej energie:
1. Otázka: Čo je to princíp práce a mechanickej energie? Odpoveď: Princíp práce a mechanickej energie hovorí, že práca vykonaná na telese sa rovná zmene jeho mechanickej energie.
2. Otázka: Ako je definovaná práca vo fyzike? Odpoveď: Práca je definovaná ako súčin sily pôsobiacej na objekt a vzdialenosti, o ktorú sa objekt pohybuje v smere pôsobenia sily.
3. Otázka: Čo predstavuje mechanickú energiu? Odpoveď: Mechanická energia sa skladá z kinetickej energie a potenciálnej energie objektu.
4. Otázka: Čo možno povedať o celkovej mechanickej energii uzavretého systému v prípade neprítomnosti nekonzervatívnych síl? Odpoveď: Celková mechanická energia zostáva konštantná.
5. Otázka: Uveďte príklad konzervatívnej sily. Odpoveď: Gravitačná sila je príkladom konzervatívnej sily.
6. Otázka: Aký je rozdiel medzi potenciálnou a kinetickou energiou? Odpoveď: Potenciálna energia je energia daná polohou, napríklad výškou nad zemou, zatiaľ čo kinetická energia je daná pohybom.
7. Otázka: Ako súvisí práca vykonaná konzervatívnou silou s potenciálnou energiou? Odpoveď: Práca vykonaná konzervatívnou silou sa rovná zápornej zmene potenciálnej energie.
9. Otázka: Ako princíp práce a mechanickej energie vysvetľuje premenu potenciálnej energie na kinetickú energiu vo voľne padajúcom telese? Odpoveď: Keď teleso padá, jeho potenciálna energia sa znižuje a jeho kinetická energia sa zvyšuje o ekvivalentnú hodnotu, pričom celková mechanická energia zostáva konštantná.
10. Otázka: Čo sa stane s mechanickou energiou systému, keď naň pôsobia nekonzervatívne sily, ako napríklad trenie? Odpoveď: Mechanická energia sa znižuje, pretože nekonzervatívne sily rozptyľujú energiu, často ako teplo.
11. Otázka: Môže sa mechanická energia systému zvýšiť? Odpoveď: Áno, keď sa na systéme vykoná vonkajšia práca.
12. Otázka: Aký je vzťah medzi pojmom práce a energiou? Odpoveď: Práca je spôsob, akým sa energia v systéme prenáša alebo transformuje.
13. Otázka: Ak sa objekt pohybuje konštantnou rýchlosťou, čo možno povedať o čistej práci vykonanej na ňom? Odpoveď: Čistá práca vykonaná na ňom je nulová, pretože nedochádza k žiadnemu zrýchleniu.
15. Otázka: Prečo má stlačená pružina potenciálnu energiu? Odpoveď: Keď je pružina stlačená, vykoná sa na nej práca, ktorá sa uloží ako potenciálna energia. Táto energia sa môže uvoľniť, keď sa pružina uvoľní.
16. Otázka: Čo je to veta o práci a energii? Odpoveď: Veta o práci a energii hovorí, že práca vykonaná na telese sa rovná zmene jeho kinetickej energie.
17. Otázka: Ako súvisí výkon s prácou? Odpoveď: Výkon je rýchlosť, akou sa vykonáva práca alebo prenáša energia. Vypočíta sa ako , kde je práca a je čas.
18. Otázka: Môže mať práca zápornú hodnotu? Odpoveď: Áno, práca je záporná, keď sila a smer pohybu sú opačné.
19. Otázka: Ak je uhol medzi silou a smerom pohybu 90 stupňov, aká je vykonaná práca? Odpoveď: Vykonaná práca je nulová, pretože sila nemá žiadnu zložku v smere pohybu.
20. Otázka: Ako jednoduchý stroj, ako napríklad páka, uľahčuje prácu? Odpoveď: Páka nemení celkovú vykonanú prácu, ale mení spôsob, akým sa sila pôsobí, čím sa úloha stáva zvládnuteľnejšou alebo efektívnejšou.
Pojem práce a princíp mechanickej energie sú základom fyziky a poskytujú základné pochopenie toho, ako sa energia prenáša a transformuje v rôznych systémoch.
