Principen för arbete-mekanisk energi
Satsen för arbete-kinetisk energi säger att nettoarbetet eller det arbete som utförs av nettokraften är lika med förändringen i kinetisk energi.
W netto = TO t – TO o = 1⁄2 m(v t² – v o² )
W netto = Det finns två typer av krafter, nämligen konservativ kraft och icke-konservativ kraft. Således kan nettoarbetet anses bestå av det arbete som utförs av en konservativ kraft och det arbete som utförs av en icke-konservativ kraft.
W c + W nc = ΔKE
Arbetet som utförs av en konservativ kraft är lika med den negativa förändringen i potentiell energi:
W c = -ΔPE
– ΔPE + W nc = ΔKE
W nc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
Ekvationen ovan anger att arbetet som utförs av en icke-konservativ kraft på ett objekt är lika med förändringen i objektets mekaniska energi. Mekanisk energi = potentiell energi + kinetisk energi. Potentiell energi kan anta formen av gravitationell potentiell energi eller elastisk potentiell energi.
Exempelfråga: Satsen om arbete och mekanisk energi
En låda på 2 kg rör sig initialt med en hastighet av 10 m/s. Kort därefter stannar lådan. Den kinetiska friktionskoefficienten mellan lådan och golvet är 0.2. Gravitationsaccelerationen är 10 m/s² . Hur stor är lådans förskjutning?
Diskussion:
Identifierat: 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 Newton,
Frågat: storleken på lådans förskjutning (s)
Arbete-mekanisk energisats:
W nc = ΔME
W nc = ΔPE + ΔKE
Höjden (h) förblir konstant eller så sker ingen förändring i höjden, så det sker ingen förändring i den gravitationella potentiella energin.
Wnc = ΔKE
Arbetet som utförs av den kinetiska friktionskraften är:
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)
Den kinetiska friktionskraften utför negativt arbete (den kinetiska friktionskraften är i motsatt riktning från objektets förskjutning)
Förändring i kinetisk energi:
ΔKE = 1⁄2 m (v t 2 – v o 2 ) = 1⁄2 (2)(0 2 – 10 2 ) = (0 – 100) = – 100
Objektets förskjutning:
W nc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = 25 meter
20 konceptuella frågor och svar om principen om arbete och mekanisk energi:
1. Fråga: Vad är principen om arbete och mekanisk energi? Svar: Principen om arbete och mekanisk energi anger att det arbete som utförs på ett objekt är lika med förändringen i dess mekaniska energi.
2. Fråga: Hur definieras arbete inom fysiken? Svar: Arbete definieras som produkten av den kraft som appliceras på ett objekt och den sträcka det rör sig i kraftens riktning.
3. Fråga: Vad utgör mekanisk energi? Svar: Mekanisk energi består av ett objekts kinetiska energi och potentiella energi.
4. Fråga: Vad kan sägas om den totala mekaniska energin i ett slutet system i frånvaro av icke-konservativa krafter? Svar: Den totala mekaniska energin förblir konstant.
5. Fråga: Ge ett exempel på en konservativ kraft. Svar: Gravitationskraften är ett exempel på en konservativ kraft.
6. Fråga: Hur skiljer sig potentiell energi från kinetisk energi? Svar: Potentiell energi är den energi som beror på position, såsom höjd över marken, medan kinetisk energi beror på rörelse.
7. Fråga: Hur relaterar arbetet som utförs av en konservativ kraft till potentiell energi? Svar: Arbetet som utförs av en konservativ kraft är lika med den negativa förändringen i potentiell energi.
9. Fråga: Hur förklarar principen om arbete och mekanisk energi omvandlingen av potentiell energi till kinetisk energi i ett fritt fallande föremål? Svar: När ett föremål faller minskar dess potentiella energi och dess kinetiska energi ökar med motsvarande mängd, vilket hålls den totala mekaniska energin konstant.
10. Fråga: Vad händer med den mekaniska energin i ett system när icke-konservativa krafter, som friktion, verkar på det? Svar: Den mekaniska energin minskar eftersom icke-konservativa krafter avger energi, ofta som värme.
11. Fråga: Kan ett systems mekaniska energi öka? Svar: Ja, när externt arbete utförs på systemet.
12. Fråga: Hur är begreppet arbete relaterat till energi? Svar: Arbete är det sätt på vilket energi överförs eller omvandlas i ett system.
13. Fråga: Om ett föremål rör sig med konstant hastighet, vad kan sägas om nettoarbetet som utförs på det? Svar: Nettoarbetet som utförs på det är noll eftersom ingen acceleration sker.
15. Fråga: Varför har en komprimerad fjäder potentiell energi? Svar: När en fjäder komprimeras utförs arbete på den, vilket lagras som potentiell energi. Denna energi kan frigöras när fjädern släpps.
16. Fråga: Vad är arbete-energisatsen? Svar: Arbete-energisatsen säger att det arbete som utförs på ett objekt är lika med förändringen i dess kinetiska energi.
17. Fråga: Hur är effekt relaterat till arbete? Svar: Effekt är den hastighet med vilken arbete utförs eller energi överförs. Det beräknas som , där är arbete och är tid.
18. Fråga: Kan arbete ha ett negativt värde? Svar: Ja, arbete är negativt när kraften och rörelseriktningen är motsatta.
19. Fråga: Om vinkeln mellan kraften och rörelseriktningen är 90 grader, vad är det utförda arbetet? Svar: Det utförda arbetet är noll eftersom kraften inte har någon komponent i rörelseriktningen.
20. Fråga: Hur gör en enkel maskin, som en hävstång, arbetet enklare? Svar: En hävstång ändrar inte det totala arbetet som utförs, men ändrar hur kraften appliceras, vilket gör uppgiften mer hanterbar eller effektiv.
Arbetesbegreppet och den mekaniska energiprincipen är grundläggande inom fysiken och ger en grundläggande förståelse för hur energi överförs och omvandlas i olika system.
