Parimi i punës-energjisë mekanike
Teorema e punës-energjisë kinetike thotë se puna neto ose puna e bërë nga forca neto është e barabartë me ndryshimin në energjinë kinetike.
W neto = TO t – TO o = 1⁄2 m(v t 2 – v o 2 )
W net = Ekzistojnë dy lloje forcash, përkatësisht forca konservative dhe forca jo-konservative. Kështu, puna neto mund të konsiderohet se përbëhet nga puna e bërë nga një forcë konservative dhe puna e bërë nga një forcë jo-konservative.
W c + W nc = ΔKE
Puna e bërë nga një forcë konservative është e barabartë me ndryshimin negativ të energjisë potenciale:
W c = -ΔPE
– ΔPE + W nc = ΔKE
W nc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
Ekuacioni i mësipërm pohon se puna e kryer nga një forcë jo-konservatore mbi një objekt është e barabartë me ndryshimin në energjinë mekanike të objektit. Energjia mekanike = energji potenciale + energji kinetike. Energjia potenciale mund të marrë formën e energjisë potenciale gravitacionale ose energjisë potenciale elastike.
Shembull pyetjeje: Teorema e punës-energjisë mekanike
Një kuti 2 kg lëviz fillimisht me një shpejtësi prej 10 m/s. Pak më vonë, kutia ndalet. Koeficienti i fërkimit kinetik midis kutisë dhe dyshemesë është 0.2. Nxitimi gravitacional është 10 m/s 2. Sa është zhvendosja e kutisë?
Diskutim:
Identifikuar: 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 Njuton,
Pyetja: sasia e zhvendosjes së kutisë (s)
Teorema e punës-energjisë mekanike:
W nc = ΔME
W nc = ΔPE + ΔKE
Lartësia (h) mbetet konstante ose nuk ka ndryshim në lartësi, kështu që nuk ka ndryshim në energjinë potenciale gravitacionale.
Wnc = ΔKE
Puna e kryer nga forca kinetike e fërkimit është:
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)
Forca kinetike e fërkimit kryen punë negative (forca kinetike e fërkimit është në drejtim të kundërt nga zhvendosja e objektit)
Ndryshimi në energjinë kinetike:
ΔKE = 1⁄2 m (v t 2 – v o 2 ) = 1⁄2 (2)(0 2 – 10 2 ) = (0 – 100) = – 100
Zhvendosja e objektit:
W nc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = 25 metra
20 pyetje dhe përgjigje konceptuale rreth parimit punë-energji mekanike:
1. Pyetje: Çfarë është parimi punë-energji mekanike? Përgjigje: Parimi punë-energji mekanike pohon se puna e ushtruar mbi një objekt është e barabartë me ndryshimin në energjinë e tij mekanike.
2. Pyetje: Si përkufizohet puna në fizikë? Përgjigje: Puna përkufizohet si prodhimi i forcës së ushtruar mbi një objekt dhe distancës që ai lëviz në drejtim të forcës.
3. Pyetje: Çfarë përbën energjinë mekanike? Përgjigje: Energjia mekanike përbëhet nga energjia kinetike dhe energjia potenciale e një objekti.
4. Pyetje: Në mungesë të forcave jo-konservatore, çfarë mund të thuhet për energjinë totale mekanike të një sistemi të mbyllur? Përgjigje: Energjia totale mekanike mbetet konstante.
5. Pyetje: Jepni një shembull të një force konservative. Përgjigje: Forca gravitacionale është një shembull i një force konservative.
6. Pyetje: Si ndryshon energjia potenciale nga energjia kinetike? Përgjigje: Energjia potenciale është energjia për shkak të pozicionit, siç është lartësia mbi tokë, ndërsa energjia kinetike është për shkak të lëvizjes.
7. Pyetje: Si lidhet puna e kryer nga një forcë konservative me energjinë potenciale? Përgjigje: Puna e kryer nga një forcë konservative është e barabartë me ndryshimin negativ të energjisë potenciale.
9. Pyetje: Si e shpjegon parimi punë-energji mekanike shndërrimin e energjisë potenciale në energji kinetike në një objekt në rënie të lirë? Përgjigje: Ndërsa një objekt bie, energjia e tij potenciale zvogëlohet dhe energjia e tij kinetike rritet me një sasi ekuivalente, duke e mbajtur energjinë totale mekanike konstante.
10. Pyetje: Çfarë ndodh me energjinë mekanike të një sistemi kur mbi të veprojnë forca jo-konservatore, si fërkimi? Përgjigje: Energjia mekanike zvogëlohet sepse forcat jo-konservatore shpërndajnë energjinë, shpesh në formën e nxehtësisë.
11. Pyetje: A mund të rritet energjia mekanike e një sistemi? Përgjigje: Po, kur në sistem kryhet punë e jashtme.
12. Pyetje: Si lidhet koncepti i punës me energjinë? Përgjigje: Puna është mjeti me të cilin energjia transferohet ose transformohet në një sistem.
13. Pyetje: Nëse një objekt lëviz me shpejtësi konstante, çfarë mund të thuhet për punën neto të kryer mbi të? Përgjigje: Puna neto e kryer mbi të është zero sepse nuk ndodh nxitim.
15. Pyetje: Pse një sustë e ngjeshur ka energji potenciale? Përgjigje: Kur një sustë është e ngjeshur, mbi të kryhet punë, e cila ruhet si energji potenciale. Kjo energji mund të lirohet kur susta lirohet.
16. Pyetje: Çfarë është teorema punë-energji? Përgjigje: Teorema punë-energji pohon se puna e ushtruar mbi një objekt është e barabartë me ndryshimin në energjinë e tij kinetike.
17. Pyetje: Si lidhet fuqia me punën? Përgjigje: Fuqia është shpejtësia me të cilën kryhet punë ose transferohet energji. Llogaritet si , ku është puna dhe është koha.
18. Pyetje: A mund të ketë puna një vlerë negative? Përgjigje: Po, puna është negative kur forca dhe drejtimi i lëvizjes janë të kundërta.
19. Pyetje: Nëse këndi midis forcës dhe drejtimit të lëvizjes është 90 gradë, cila është puna e kryer? Përgjigje: Puna e kryer është zero sepse forca nuk ka komponent në drejtimin e lëvizjes.
20. Pyetje: Si e bën punën më të lehtë një makinë e thjeshtë, si një levë? Përgjigje: Një levë nuk e ndryshon punën totale të kryer, por ndryshon mënyrën se si aplikohet forca, duke e bërë detyrën më të menaxhueshme ose efikase.
Koncepti i punës dhe parimi i energjisë mekanike janë themelorë në fizikë dhe ofrojnë një kuptim themelor se si energjia transferohet dhe transformohet në sisteme të ndryshme.
