Принцип рада и механичке енергије
Теорема о кинетици и раду каже да је нето рад или рад који је извршила нето сила једнак промени кинетичке енергије.
W нето = TO t – TO o = 1⁄2 m(v t 2 – v o 2 )
W нето = Постоје две врсте сила, наиме конзервативна сила и неконзервативна сила. Стога се нето рад може сматрати састављеним од рада који обавља конзервативна сила и рада који обавља неконзервативна сила.
W c + W nc = ΔKE
Рад који обавља конзервативна сила једнак је негативној промени потенцијалне енергије:
W c = -ΔPE
– ΔPE + W nc = ΔKE
W nc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
Горња једначина каже да је рад који изврши неконзервативна сила на објекту једнак промени механичке енергије објекта. Механичка енергија = потенцијална енергија + кинетичка енергија. Потенцијална енергија може бити у облику гравитационе потенцијалне енергије или еластичне потенцијалне енергије.
Пример питања: Теорема о радно-механичкој енергији
Кутија масе 2 кг се у почетку креће брзином од 10 m/s. Убрзо након тога, кутија се зауставља. Коефицијент кинетичког трења између кутије и пода је 0.2. Гравитационо убрзање је 10 m/s² . Колико је померање кутије?
Дискусија:
Идентификовано: 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 Њутна,
Питање: количина померања кутије (s)
Теорема о радно-механичкој енергији:
W nc = ΔME
W nc = ΔPE + ΔKE
Висина (h) остаје константна или нема промене висине, тако да нема промене гравитационе потенцијалне енергије.
Wnc = ΔKE
Рад који обавља кинетичка сила трења је:
В нц = – ф к с = μ к Н -с = μ к в -с = μ к мг -с
W nc = – (0.2)(2)(10)(s) = – (4)(s)
Кинетичка сила трења врши негативан рад (кинетичка сила трења је у супротном смеру од померања објекта)
Промена кинетичке енергије:
ΔKE = 1⁄2 m (vt2 – vo2 ) = 1⁄2 (2)(02 – 102 ) = (0 – 100 ) = – 100
Померање објекта:
W nc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = 25 метара
20 концептуалних питања и одговора о принципу рада и механичке енергије:
1. Питање: Шта је принцип рада и механичке енергије? Одговор: Принцип рада и механичке енергије каже да је рад извршен на објекту једнак промени његове механичке енергије.
2. Питање: Како се рад дефинише у физици? Одговор: Рад се дефинише као производ силе која делује на објекат и растојања које се оно помера у смеру дејства силе.
3. Питање: Шта чини механичку енергију? Одговор: Механичка енергија се састоји од кинетичке енергије и потенцијалне енергије објекта.
4. Питање: У одсуству неконзервативних сила, шта се може рећи о укупној механичкој енергији затвореног система? Одговор: Укупна механичка енергија остаје константна.
5. Питање: Наведите пример конзервативне силе. Одговор: Гравитациона сила је пример конзервативне силе.
6. Питање: По чему се потенцијална енергија разликује од кинетичке енергије? Одговор: Потенцијална енергија је енергија услед положаја, као што је висина изнад тла, док је кинетичка енергија услед кретања.
7. Питање: Како се рад који обавља конзервативна сила односи на потенцијалну енергију? Одговор: Рад који обавља конзервативна сила једнак је негативној промени потенцијалне енергије.
9. Питање: Како принцип рада и механичке енергије објашњава претварање потенцијалне енергије у кинетичку енергију код објекта који слободно пада? Одговор: Како објекат пада, његова потенцијална енергија се смањује, а кинетичка енергија се повећава за еквивалентну количину, одржавајући укупну механичку енергију константном.
10. Питање: Шта се дешава са механичком енергијом система када на њега делују неконзервативне силе, попут трења? Одговор: Механичка енергија се смањује јер неконзервативне силе расипају енергију, често као топлоту.
11. Питање: Да ли се механичка енергија система може повећати? Одговор: Да, када се на систему изврши спољашњи рад.
12. Питање: Како је концепт рада повезан са енергијом? Одговор: Рад је начин на који се енергија преноси или трансформише у систему.
13. Питање: Ако се објекат креће константном брзином, шта се може рећи о нето раду извршеном на њему? Одговор: Укупни рад извршен на њему је нула јер нема убрзања.
15. Питање: Зашто компримована опруга има потенцијалну енергију? Одговор: Када се опруга компримује, над њом се врши рад, који се складишти као потенцијална енергија. Ова енергија се може ослободити када се опруга отпусти.
16. Питање: Шта је теорема о радној енергији? Одговор: Теорема о радној енергији каже да је рад извршен на објекту једнак промени његове кинетичке енергије.
17. Питање: Како је снага повезана са радом? Одговор: Снага је брзина којом се рад обавља или енергија преноси. Израчунава се као , где је рад, а време.
18. Питање: Да ли рад може имати негативну вредност? Одговор: Да, рад је негативан када су сила и смер кретања супротни.
19. Питање: Ако је угао између силе и правца кретања 90 степени, колики је извршени рад? Одговор: Извршени рад је нула јер сила нема компоненту у правцу кретања.
20. Питање: Како једноставна машина, попут полуге, олакшава рад? Одговор: Полуга не мења укупан обављени рад, али мења начин на који се сила примењује, чинећи задатак лакшим за управљање или ефикаснијим.
Концепт рада и принцип механичке енергије су фундаментални у физици и пружају основно разумевање како се енергија преноси и трансформише у различитим системима.
