Kanuni ya nishati ya kazi-mitambo
Nadharia ya nishati ya kinetiki ya kazi inasema kwamba kazi halisi au kazi inayofanywa na nguvu halisi ni sawa na mabadiliko katika nishati ya kinetiki.
W wavu = KWA t – KWA o = 1⁄2 m(v t 2 – vo o 2 )
W wavu = Kuna aina mbili za nguvu, yaani nguvu ya kihafidhina, na nguvu isiyo ya kihafidhina. Hivyo, kazi ya mtandao inaweza kuchukuliwa kuwa inajumuisha kazi inayofanywa na nguvu ya kihafidhina na kazi inayofanywa na nguvu isiyo ya kihafidhina.
W c + W nc = ΔKE
Kazi inayofanywa na nguvu ya kihafidhina ni sawa na mabadiliko hasi katika nishati inayowezekana:
W c = -ΔPE
– ΔPE + W nc = ΔKE
W nc = ΔPE + ΔKE
Wnc = ΔME
Mlinganyo hapo juu unasema kwamba kazi inayofanywa na nguvu isiyo ya kihafidhina kwenye kitu ni sawa na mabadiliko katika nishati ya mitambo ya kitu. Nishati ya mitambo = nishati inayowezekana + nishati ya kinetiki. Nishati inayowezekana inaweza kuchukua umbo la nishati inayowezekana ya uvutano au nishati inayowezekana ya elastic.
Mfano wa swali: Nadharia ya nishati ya kazi-mitambo
Sanduku la kilo 2 mwanzoni husogea kwa kasi ya 10 m/s. Muda mfupi baadaye, sanduku husimama. Mgawo wa msuguano wa kinetiki kati ya sanduku na sakafu ni 0.2. Kasi ya uvutano ni 10 m/s 2 . Uhamishaji wa sanduku ni kiasi gani?
Majadiliano:
Imetambuliwa: m = 2 kg, v o = 10 m/s, vt = 0, k = 0.2, w = mg = (1 kg)(10 m/s 2 ) = 10 kg m/s 2 = 10 Newtons,
Alipoulizwa: kiasi cha uhamishaji wa kisanduku
Nadharia ya nishati ya kazi-mitambo:
W nc = ΔME
W nc = ΔPE + ΔKE
Urefu (h) unabaki bila kubadilika au hakuna mabadiliko katika urefu, kwa hivyo hakuna mabadiliko katika nishati ya uwezo wa uvutano.
Wnc = ΔKE
Kazi inayofanywa na nguvu ya msuguano wa kinetiki ni:
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)
Nguvu ya msuguano wa kinetiki hufanya kazi hasi (nguvu ya msuguano wa kinetiki iko katika mwelekeo tofauti na uhamishaji wa kitu)
Mabadiliko katika nishati ya kinetiki:
ΔKE = 1⁄2 m (v t 2 – vo o 2 ) = 1⁄2 (2)(0 2 – 10 2 ) = (0 – 100) = – 100
Uhamishaji wa kitu:
W nc = ΔKE
– (4)(s) = – 100
s = – 100 / – 4 = mita 25
Maswali na majibu 20 ya dhana kuhusu kanuni ya nishati ya kazi-mitambo:
1. Swali: Kanuni ya nishati ya kazi-mitambo ni ipi? Jibu: Kanuni ya nishati ya kazi-mitambo inasema kwamba kazi inayofanywa kwenye kitu ni sawa na mabadiliko katika nishati yake ya mitambo.
2. Swali: Kazi hufafanuliwaje katika fizikia? Jibu: Kazi hufafanuliwa kama matokeo ya nguvu inayotumika kwenye kitu na umbali unaosogea kuelekea upande wa nguvu.
3. Swali: Ni nini kinachounda nishati ya mitambo? Jibu: Nishati ya mitambo ina nishati ya kinetiki ya kitu na nishati inayowezekana.
4. Swali: Kwa kukosekana kwa nguvu zisizo za kihafidhina, tunaweza kusema nini kuhusu jumla ya nishati ya mitambo ya mfumo uliofungwa? Jibu: Jumla ya nishati ya mitambo inabaki kuwa sawa.
5. Swali: Toa mfano wa nguvu ya kihafidhina. Jibu: Nguvu ya uvutano ni mfano wa nguvu ya kihafidhina.
6. Swali: Nishati inayowezekana inatofautianaje na nishati ya kinetiki? Jibu: Nishati inayowezekana ni nishati inayotokana na nafasi, kama vile urefu juu ya ardhi, huku nishati ya kinetiki ikitokana na mwendo.
7. Swali: Kazi inayofanywa na nguvu ya kihafidhina inahusianaje na nishati inayowezekana? Jibu: Kazi inayofanywa na nguvu ya kihafidhina ni sawa na mabadiliko hasi katika nishati inayowezekana.
9. Swali: Kanuni ya nishati ya kazi-mitambo inaelezeaje ubadilishaji wa nishati inayowezekana kuwa nishati ya kinetiki katika kitu kinachoanguka huru? Jibu: Kitu kinapoanguka, nishati yake inayowezekana hupungua na nishati yake ya kinetiki huongezeka kwa kiasi sawa, na kuweka jumla ya nishati ya mitambo ikiwa sawa.
10. Swali: Ni nini kinachotokea kwa nishati ya mitambo ya mfumo wakati nguvu zisizo za kihafidhina, kama vile msuguano, zinapoiathiri? Jibu: Nishati ya mitambo hupungua kwa sababu nguvu zisizo za kihafidhina huondoa nishati, mara nyingi kama joto.
11. Swali: Je, nishati ya mitambo ya mfumo inaweza kuongezeka? Jibu: Ndiyo, wakati kazi ya nje inafanywa kwenye mfumo.
12. Swali: Dhana ya kazi inahusianaje na nishati? Jibu: Kazi ni njia ambayo nishati huhamishiwa au kubadilishwa katika mfumo.
13. Swali: Ikiwa kitu kinasonga kwa kasi isiyobadilika, tunaweza kusema nini kuhusu kazi ya wavu inayofanywa juu yake? Jibu: Kazi ya wavu inayofanywa juu yake ni sifuri kwa sababu hakuna mchapuko unaotokea.
15. Swali: Kwa nini chemchemi iliyobanwa ina nishati inayowezekana? Jibu: Wakati chemchemi imebanwa, kazi hufanywa juu yake, ambayo huhifadhiwa kama nishati inayowezekana. Nishati hii inaweza kutolewa wakati chemchemi imeachiliwa.
16. Swali: Nadharia ya nishati ya kazi ni nini? Jibu: Nadharia ya nishati ya kazi inasema kwamba kazi inayofanywa kwenye kitu ni sawa na mabadiliko katika nishati yake ya kinetiki.
17. Swali: Nguvu inahusianaje na kazi? Jibu: Nguvu ni kiwango ambacho kazi inafanywa au nishati huhamishwa. Imehesabiwa kama , ambapo ni kazi na ni wakati.
18. Swali: Je, kazi inaweza kuwa na thamani hasi? Jibu: Ndiyo, kazi ni hasi wakati nguvu na mwelekeo wa mwendo ni kinyume.
19. Swali: Ikiwa pembe kati ya nguvu na mwelekeo wa mwendo ni digrii 90, kazi inafanywaje? Jibu: Kazi inayofanywa ni sifuri kwa sababu nguvu haina sehemu katika mwelekeo wa mwendo.
20. Swali: Mashine rahisi, kama vile lever, hurahisishaje kazi? Jibu: Lever haibadilishi kazi yote iliyofanywa bali hubadilisha jinsi nguvu inavyotumika, na kufanya kazi iwe rahisi kudhibiti au yenye ufanisi zaidi.
Dhana ya kazi na kanuni ya nishati ya mitambo ni ya msingi katika fizikia na hutoa uelewa wa msingi wa jinsi nishati inavyohamishwa na kubadilishwa katika mifumo mbalimbali.
