Kazi ya Mtandaoni Nishati ya Uvutano Nishati ya Kinetiki - Matatizo na Suluhisho

4 Kazi ya Mtandaoni Nishati ya Uvutano Nishati ya Kinetiki - Matatizo na Suluhisho

1. Kitu chenye uzito wa kilo 5 katika urefu wa mita 10 juu ya ardhi. Kasi inayotokana na uvutano ni 10 m/s ^2. Ni kazi gani inayofanywa kwenye kitu hicho ili kukihamisha juu hadi urefu wa mita 15 juu ya ardhi?

Inajulikana:

Uzito wa kitu (m) = kilo 5

Urefu (h) = mita 10

Kuongeza kasi kutokana na mvuto (g) = 10 m/s ²

Inahitajika: Kazi ilifanyika kwenye kitu hicho ili kukihamisha hadi urefu wa mita 15 juu ya ardhi.

Suluhisho:

W = F d = wh = mgh

W = kazi, F = nguvu, d = uhamisho , w = uzito , h = urefu, m ​​= uzito, g = kasi kutokana na mvuto

Kazi iliyofanywa kwenye kitu:

W = mgh = (kilo 5)(10 m/s ² )(10 m) = kilo 500 m ² /s ² = Jouli 500

2. Kitu cha kilo 2 husogea kwenye uso laini mlalo kwa kasi ya 2 m/s. Ikiwa kasi ya mwisho ya kitu ni 5 m/s. Je, kazi imefanywa kwenye kitu hicho ni ipi?

Inajulikana:

Uzito wa kitu (m) = kilo 2

Kasi ya awali (vo _o ) = 2 m/s

Kasi ya mwisho (v _t ) = 5 m/s

Inayohitajika: Kazi imefanywa kwenye kitu hicho

Suluhisho:

Kanuni ya nishati ya kinetiki ya kazi inasema kwamba kazi halisi inayofanywa kwenye kitu ni sawa na mabadiliko katika nishati ya kinetiki ya kitu.

W = ΔKE = KE ₂ – KE ₁ = 1/2 mv _t ² – 1/2 mv _o ² = 1/2 m (v _t ² – v _o ² ) = 1/2 (2) (5 ² -2 ² ) = (1) (25-4) = Joule 21

3. Kitu chenye uzito wa kilo 10 mwanzoni kikiwa kimepumzika kwenye sakafu laini. Baada ya kusukumwa ndani ya sekunde 3, kitu hicho kiliongeza kasi kwa 2 m/s ² . Kazi iliyofanywa kwenye kitu hicho ni ipi?

Inajulikana:

Uzito (m) = kilo 10

Kasi ya awali (vo _o ) = 0 (awali wakati wa mapumziko)

Muda wa muda (t) = sekunde 3

Kuongeza kasi (a) = 2 m/s ²

Inayohitajika: Kazi (W)

Suluhisho:

Kwanza, tambua umbali kwa kutumia mlinganyo wa mwendo wa kuongeza kasi usiobadilika.

d = vot ₊ ½ katika ² = (0)(3) + ½ (2)(3) ²

d = 0 + (1)(9) = 9

Kazi iliyofanywa kwenye kitu:

W = F s = (ma)(d) = (10)(2)(9) = Jouli 180

4. Kizuizi chenye uzito wa kilo 1.5 kilichoongezwa kasi juu kwa nguvu isiyobadilika F = 15 N kwenye ndege iliyoegemea kama inavyoonyeshwa kwenye mchoro hapa chini. Kasi inayotokana na uvutano ni 10 m/s ² na hakuna msuguano kati ya kizuizi na ndege iliyoegemea . Je, ni kazi gani ya wavu inayofanywa kwenye kitu hicho?

Inajulikana:

Uzito wa vitalu (m) = kilo 1.5

Kuongeza kasi kutokana na mvuto (g) = 10 m/s ²

Uzito wa block (w) = mg = (1.5)(10) = 15 Newton

Nguvu (F) = 15 Newton

Inahitajika: Kazi ya mtandao imefanywa kwenye kitu hicho

Suluhisho:

Kuna nguvu mbili zinazofanya kazi kwenye kizuizi. Kwanza, nguvu inayofanana na uhamishaji wa kizuizi ambayo ni Nguvu F. Pili, sehemu ya mlalo ya uzito wa kizuizi (w _x ).

Kazi iliyofanywa kwa nguvu (F):

W ₁ = F s = (15 N)(2 m) = 30 N m = 30 Jouli

Kazi iliyofanywa kwa kutumia sehemu ya uzito mlalo (w _x ):

W ₂ = w _x s = (w sin 30 ^o )(2 m) = (15 N)(1/2)(2 m) = 15 N m = 15 Jouli

Kazi ya mtandao iliyofanywa kwenye kitu:

W _wavu = W ₁ – W ₂ = 30 J – 15 J = 15 Jouli

1. Nadharia ya nishati ya kazi ni nini katika suala la kazi halisi na nishati ya kinetiki?
   • JibuNadharia ya nishati ya kazi inasema kwamba kazi halisi inayofanywa kwenye kitu ni sawa na mabadiliko katika nishati yake ya kinetiki. Kihisabati: Wnet​=ΔKE.
2. Ukiinua kitu hadi urefu fulani kisha ukishikilie hapo, unafanya kazi ngapi kwenye kitu hicho huku ukikishikilia bila kusimama?
   • Jibu: Unaposhikilia kitu kikiwa kimetulia, hufanyi kazi yoyote juu yake kwa sababu hakuna uhamisho. Kazi hufafanuliwa kama nguvu inayopima uhamisho kuelekea upande wa nguvu, kwa hivyo hakuna uhamisho unamaanisha hakuna kazi.
3. Ni nishati gani ya uvutano ya kitu katika kiwango cha ardhi?
   • Jibu: Nishati ya uwezo wa uvutano ya kitu katika kiwango cha ardhi kwa kawaida huchukuliwa kuwa sifuri. Nishati ya uwezo wa uvutano ni ya jamaa, na kiwango cha ardhi ni sehemu ya kawaida ya marejeleo.
4. Nishati ya kinetiki ya kitu hubadilikaje ikiwa kasi yake imeongezeka mara mbili?
   • Jibu: Nishati ya kinetiki inalingana na mraba wa kasi. Ikiwa kasi ya kitu itaongezeka mara mbili, nishati yake ya kinetiki itaongezeka kwa mara nne.
5. Ni lini kiwango cha juu cha nishati ya uvutano wa kitu kinachoanguka kinakuwa cha juu zaidi?
   • Jibu: Nishati ya uwezo wa uvutano wa kitu kinachoanguka ni ya juu zaidi kabla tu ya kuanza kuanguka, yaani, kinapokuwa katika sehemu yake ya juu zaidi juu ya ardhi (au sehemu ya marejeleo).
6. Kwa kukosekana kwa upinzani wa hewa, ni nini kinachoweza kusemwa kuhusu uhusiano kati ya nishati inayoweza kupotea na nishati ya kinetiki inayopatikana na kitu kinachoanguka kwa uhuru?
   • Jibu: Kwa kukosekana kwa upinzani wa hewa, nishati inayoweza kupotea na kitu kinachoanguka kwa uhuru itakuwa sawa na nishati ya kinetiki inayopata. Hii ni matokeo ya moja kwa moja ya uhifadhi wa nishati ya mitambo.
7. Nini kitatokea kwa nishati ya uvutano ya kitu ikiwa kitainuliwa mara mbili ya urefu wake wa asili juu ya ardhi?
   • Jibu: Nishati ya uwezo wa uvutano inalingana na urefu. Ikiwa kitu kitainuliwa hadi mara mbili ya urefu wake wa asili, nishati yake ya uwezo wa uvutano itaongezeka mara mbili.
8. Kazi ya mtandao inafanywa lini kwenye kitu sifuri?
   • Jibu: Kazi halisi inayofanywa kwenye kitu ni sifuri wakati jumla ya kazi inayofanywa na nguvu zote zinazofanya kazi juu yake inafikia sifuri, au sawasawa, wakati hakuna mabadiliko katika nishati ya kinetiki ya kitu.
9. Ikiwa kitu kinasonga kwa kasi isiyobadilika, ni nini kinachoweza kuhitimishwa kuhusu kazi ya wavu inayofanywa juu yake kwa umbali fulani?
   • Jibu: Ikiwa kitu kinasonga kwa kasi isiyobadilika, inamaanisha hakuna kuongeza kasi, na hivyo hakuna nguvu halisi inayofanya kazi juu yake. Kwa hivyo, kazi halisi inayofanywa kwenye kitu hicho kwa umbali wowote itakuwa sifuri.

10. Kwa nini kitu kilicho katika mwinuko wa juu kina nguvu zaidi ya uvutano ingawa kiko mbali zaidi na katikati ya Dunia?

    • Jibu: Nishati ya uwezo wa uvutano inategemea nafasi ya kitu kuhusiana na sehemu ya marejeleo (mara nyingi uso wa Dunia) na nguvu ya uvutano inayofanya kazi juu yake. Kitu kilicho kwenye mwinuko wa juu zaidi kiko juu ya sehemu hii ya marejeleo, kumaanisha kuwa kimesonga dhidi ya nguvu ya uvutano hadi nafasi hiyo. Matokeo yake, kimehifadhi nishati kutokana na nafasi yake, na nishati hii iliyohifadhiwa ni nishati yake ya uwezo wa uvutano.