Nishati inayowezekana - matatizo na suluhisho

Nishati inayowezekana - matatizo na suluhisho

Nishati inayowezekana ya mvuto

1. Nishati Jouli 4900 hutumika kuinua kitu chenye uzito wa kilo 50 hadi urefu wa h. Urefu wa h ni upi? Kuongeza kasi kutokana na uvutano (g) = 9.8 ms ^-2.

Inajulikana:

Mabadiliko ya nishati inayowezekana (ΔPE) = 4900 Jouli

Uzito wa kitu (m) = kilo 50

Kuongeza kasi kutokana na mvuto (g) = 9.8 m/s ²

Inayohitajika: urefu (Δh)

Suluhisho:

ΔPE = mg Δh

4900 = (50)(9.8) Δh

4900 = 490 Δh

Δh = mita 10

Nishati inayowezekana ya majira ya kuchipua

2. Grafu iliyo hapa chini inaonyesha uhusiano kati ya nguvu (F) na x (mabadiliko ya urefu) wa chemchemi. Ikiwa mabadiliko ya urefu wa chemchemi ni sentimita 8, nishati inayowezekana ya chemchemi ni nini?

Inajulikana:

Nguvu (F) = 2 Newton

Mabadiliko ya urefu 1 (x) = 1 cm = 1/100 m = 0.01 m

Mabadiliko ya urefu 2 = 8 cm = 8/100 m = 0.08 m

Inahitajika: Nishati ya uwezo wa chemchemi

Suluhisho:

Kigezo cha Spring:

Nishati inayowezekana ya chemchemi:

∆PE = 1/2 kx ²

∆PE = 1/2 (200 N/m)(0.08 m) ²

∆PE = (100 N/m)(0.0064 m ² )

∆PE = 0.64 Nm

3. Kulingana na jedwali lililo hapa chini, F = uzito wa kitu, ∆L = mabadiliko katika urefu wa chemchemi. Je, ni kazi gani iliyofanywa kwenye chemchemi ili mabadiliko katika urefu wa chemchemi yawe 10 cm?

Inajulikana:

Mabadiliko katika urefu wa chemchemi (∆L) = 10 cm = 0.1 m

Inayohitajika: Kazi imefanywa wakati wa masika

Suluhisho:

Kigezo cha Spring:

k = F / ∆x = 20 N / 0.04 m = 500 N/m

k = F / ∆x = 30 N / 0.06 m = 500 N/m

k = F / ∆x = 40 N / 0.08 m = 500 N/m

Kigezo cha Spring ni 500 N/m

Kazi inafanywa kwenye chemchemi kwa hivyo mabadiliko ya urefu wa chemchemi ni 10 cm:

W = 1/2 k ∆L ² = 1/2 (500 N/m)(0.1 m) ² = (250 N/m)(0.01 m ² ) = 2.5 N m = 2.5 Jouli.

4. Grafu iliyo hapa chini inaonyesha uhusiano kati ya nguvu (F) na mabadiliko ya urefu (x). Nishati ya uwezo wa chemchemi ni nini kulingana na grafu iliyo hapa chini?

Inajulikana:

F = 40 Newton

Δx = 0.08 m

Inayohitajika: nishati inayowezekana ya chemchemi

Suluhisho:

Kigezo cha Spring:

k = F / Δx

Nishati inayowezekana ya chemchemi:

PE = ½ k Δx ² = ½ (F/Δx) Δx ² = ½ F Δx

PE = ½ (40) (0.08) = (20) (0.08) = Jouli 1.6

1. Nishati inayowezekana ni nini?
   • JibuNishati inayowezekana ni nishati ambayo kitu kinayo kutokana na nafasi au hali yake. Ni nishati ambayo ina uwezo wa kufanya kazi lakini haisababishi mwendo kwa sasa.
2. Nishati ya uwezo wa uvutano inategemeaje urefu?
   • Jibu: Nishati ya uwezo wa uvutano inalingana moja kwa moja na urefu wa kitu kilicho juu ya sehemu ya marejeleo. Fomula ni PE$=mgh$, ambapo PE ni nishati inayowezekana, $m$ ni wingi, $g$ ni kasi ya uvutano, na $h$ ni urefu.
3. Kwa nini inasemekana kwamba chemchemi iliyonyooka au iliyobanwa ina uwezo wa kutoa nishati?
   • Jibu: Wakati chemchemi inaponyooshwa au kubanwa kutoka katika nafasi yake ya usawa, huhifadhi nishati. Nishati hii ina uwezo wa kufanya kazi wakati chemchemi inaporudi katika hali yake ya usawa. Nishati hii iliyohifadhiwa inajulikana kama nishati ya uwezo wa elastic.
4. Nishati inayowezekana ya kitu hubadilikaje ikiwa imeinuliwa hadi mara mbili ya urefu wake wa asili katika uwanja wa uvutano?
   • Jibu: Ikiwa kitu kitainuliwa hadi mara mbili ya urefu wake wa awali, nishati yake ya uwezo wa mvuto huongezeka maradufu. Hii ni kwa sababu nishati inayowezekana inategemea urefu kwa mstari.
5. Je, inawezekana kwa kitu kuwa na nishati hasi inayoweza kutokea? Eleza.
   • Jibu: Ndiyo, nishati inayowezekana inaweza kuwa hasi kulingana na uchaguzi wa sehemu ya marejeleo. Kwa mfano, katika matatizo ya nishati inayowezekana ya uvutano, mara nyingi tunaweka msingi kama usio na nishati inayowezekana. Kama kitu kingekuwa chini ya sehemu hii ya marejeleo (kama vile kwenye kisima), nishati yake inayowezekana ingekuwa hasi ikilinganishwa na marejeleo yaliyochaguliwa.
6. Nishati inayowezekana inahusianaje na nishati ya kinetiki katika mfumo uliofungwa?
   • Jibu: Katika mfumo uliofungwa bila nguvu za nje, jumla ya nishati (kinetic + potential) hubaki bila kubadilika. Kanuni hii inategemea uhifadhi wa nishati. Kadri nishati inayowezekana inavyoongezeka, nishati ya kinetic hupungua, na kinyume chake.
7. Ni nini kinachotokea kwa nishati ya uvutano ya tufaha linapoanguka kutoka kwenye mti?
   • Jibu: Tufaha linapoanguka, nishati yake ya uvutano hupungua kwa sababu inakaribia Dunia. Nishati hii ya upotevu hubadilishwa kuwa nishati ya kinetiki, na kufanya tufaha lisogee haraka linapoanguka.
8. Kwa nini pendulum ina nguvu inayowezekana zaidi katika kilele cha swing yake?
   • Jibu: Katika kilele cha kuzungusha kwake, pendulum iko katika sehemu yake ya juu zaidi ikilinganishwa na nafasi yake ya kupumzika. Hii ina maana kwamba ina urefu wa juu zaidi na, kwa hivyo, nishati ya juu zaidi ya uwezo wa mvuto. Inapozungusha chini, nishati hii hubadilishwa kuwa nishati ya kinetiki.
9. Je, kitu kinaweza kuwa na nishati inayowezekana hata kama hakiko katika uwanja wa uvutano?
   • Jibu: Ndiyo. Nishati inayowezekana si ya pekee kwa maeneo ya uvutano. Kwa mfano, chemchemi iliyobanwa kwenye kituo cha anga za juu (ambapo athari za uvutano ni ndogo) bado ina nishati inayoweza kunyumbulika. Vile vile, chaji katika eneo la umeme zina nishati inayoweza kuwezekana kwa umeme.

10. Uzito wa kitu huathirije nishati yake ya uwezo wa uvutano?

    • Jibu: Nishati ya uwezo wa uvutano inalingana moja kwa moja na uzito wa kitu. Ukiongeza uzito wa kitu mara mbili, nishati yake ya uwezo wa uvutano (kwa urefu sawa) pia itaongezeka mara mbili.