ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับพลังงานกล

6 ตัวอย่างคำถามเกี่ยวกับพลังงานกล

ทฤษฎีงาน-พลังงานเชิงกล

1. ดู ภาพต่อไปนี้ แสดง การกระจัด ของบล็อก! สมมติให้ g = 10 m/ ^s²ถ้าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์ระหว่างบล็อกกับพื้นคือμk = 0,5 แล้วค่าการกระจัดของวัตถุ (วินาที) คือ …

ก. 5,00 ม.

ข. 4,25 ม.

ค. 3,00 ม.

ด. 2,50 ม.

2,00 ม. ตะวันออก

การอภิปราย

เป็นที่ทราบกันว่า :

สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจลน์ ( μk ) = 0,5

มวลของบล็อก (เมตร) = 4 กิโลกรัม

ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m/ ^s²

น้ำหนักของบล็อก (w) = mg = (4)(10) = 40 นิวตัน

ถ้าบล็อกวางอยู่บนพื้นผิวเรียบ แรงปฏิกิริยาตั้งฉาก (N) จะเท่ากับน้ำหนัก (w) = 40 นิวตัน

ความเร็วเริ่มต้น (v ₁ ) = 5 ม./วินาที

ความเร็วสุดท้าย (v ₂ ) = 0 ม./วินาที

ถาม : การเคลื่อนที่ของวัตถุ?

คำตอบ :

ทฤษฎีงาน-พลังงานกลกล่าวว่า งาน (W) ที่ทำโดยแรงที่ไม่เป็นอนุรักษ์นั้นเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลของวัตถุ หรือพลังงานกลสุดท้าย (EM ₂ ) ลบด้วยพลังงานกลเริ่มต้น (EM ₁ ) แรงเสียดทานจลน์เป็นแรงที่ไม่เป็นอนุรักษ์ และแรงที่ไม่เป็นอนุรักษ์เพียงอย่างเดียวที่กระทำต่อบล็อกคือแรงเสียดทานจลน์

W = Δ EM

f _k s = EM ₂ – EM ₁

งานที่เกิดจากแรงเสียดทานจลน์:

W = f _k s = ( μ k )(N)(s) = (0,5)(40)(s) = 20 วินาที

การเปลี่ยนแปลงของพลังงานกล:

Δ EM = EM ₂ – EM ₁ = (EK + EP) ₂ – (EK + EP) ₁

วัตถุเคลื่อนที่บนพื้นผิวเรียบและความสูงไม่เปลี่ยนแปลง ( Δh = 0) ดังนั้นพลังงานศักย์โน้มถ่วงจึงไม่เปลี่ยนแปลง ( ΔEP = EP2 _– EP1 ₌ 0) ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงของพลังงานกลจึงเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์เท่านั้น

Δ EM = EK ₂ – EK ₁ = ½ mv ₂ ² – ½ mv ₁ ² = ½ m (ข้อ₂ ² – ข้อ₁ ² )

Δอีเอ็ม = ½ (4)(0 ² – 5 ² ) = (2)(25) = 50

การเคลื่อนตัวของบล็อกคือ:

W = Δ EM

20 วินาที = 50

s = 50 / 20 = 2,5 เมตร

คำตอบที่ถูกต้องคือ D.

กฎการอนุรักษ์พลังงานกล

2. วัตถุ A และ B มีมวลเท่ากัน วัตถุ A ตกลงมาจากความสูง h เมตร และวัตถุ B ตกลงมาจากความสูง 2h เมตร ถ้าวัตถุ A ตกถึงพื้นด้วยความเร็ว v เมตร/วินาที วัตถุ B จะตกถึงพื้นด้วยพลังงานจลน์เท่ากับ….

ก. 2 มิลลิโวลต์²

บี.เอ็มวี²

C. 3/4 มิลลิโวลต์²

ง. 1/2 ม. ²

E. 1/4 มิลลิโวลต์²

การอภิปราย

ความเร็วสุดท้ายของวัตถุ B ซึ่งตกลงมาอย่างอิสระจากความสูง 2h คือ:

v ² = 2 g (2h) = 4 gh

พลังงานจลน์ของวัตถุ B คือ:

EK _B = ½ mv ² = ½ m (4 gh) = 2 mgh —– สมการ 1

พลังงานกลเริ่มต้นของวัตถุ B คือ พลังงานศักย์โน้มถ่วง = mg h พลังงานกลสุดท้ายของ วัตถุB คือ พลังงานจลน์ = ½ ^mv²

กฎการอนุรักษ์พลังงานกล :

mgh = ½ mv ².

เนื่องจากmgh = ½ mv ²ดังนั้นเราสามารถแทนค่า mgh ในสมการที่ 1 ด้วย ½ mv ²ได้

พลังงานจลน์ของวัตถุ B = 2 mgh = 2(½ mv² ⁾ = ^mv²

คำตอบที่ถูกต้องคือ B.

3. ดูภาพด้านล่าง! วัตถุชิ้นหนึ่งตกลงมาอย่างอิสระจากความสูง 20 เมตร ถ้าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงเท่ากับ 10 เมตร/วินาที² แล้วความเร็วของวัตถุเมื่ออยู่สูงจากพื้น 15 เมตร คือ…

ก. 2 ม./วินาที

B. 5 ม./วินาที

C. 10 ม./วินาที

ง. 15 ม./วินาที

E. 20 ม./วินาที

การอภิปราย

พลังงานกลสุดท้าย = พลังงานกลเริ่มต้น

พลังงานจลน์ของวัตถุ ณ จุดที่ 2 = การลดลงของพลังงานศักย์โน้มถ่วง 5 เมตร

½ mv ² = mgh

½ v ² = (10)(20-15)

½ v ² = (10)(5)

½ v ² = 50

v ² = (2)(50)

v ² = 100

v = 10 ม./วินาที

คำตอบที่ถูกต้องคือ C.

4. วัตถุชิ้นหนึ่งถูกยึดไว้ที่ด้านบนของพื้นเอียงดังแสดงในรูป เมื่อปล่อย วัตถุจะเลื่อนไปตามพื้นเอียงโดยไม่มีแรงเสียดทาน ความเร็วของวัตถุเมื่อถึงด้านล่างของพื้นเอียงคือ…

ก. 6 มิลลิวินาที^-1

B. 8 มิลลิวินาที^-1

C. 10 ms ^-1

ง. 12 ม. ^-1

E. 16 ms ^-1

การอภิปราย

พลังงานกลเริ่มต้น = พลังงานศักย์โน้มถ่วง = mgh = m (10)(5) = 50 m

พลังงานกลสุดท้าย = พลังงานจลน์ = 1/2 ^mv²

กฎการอนุรักษ์พลังงานกลกล่าวว่า พลังงานกลเริ่มต้นเท่ากับพลังงานกลสุดท้าย

EM _o = EM _t

50 ม. = 1/2 ม. ²

50 = 1/2 หาร²

2 (50) = v ²

100 = v ²

v = 10 ม./วินาที

คำตอบที่ถูกต้องคือ C.

5. วัตถุที่มีมวล m กิโลกรัม ถูกปล่อยจากความสูง h เมตรเหนือพื้นดิน ดังแสดงในภาพ อัตราส่วนของพลังงานศักยภาพ (EP) และพลังงานจลน์ (EK) เมื่อวัตถุอยู่ที่จุด M คือ…

ก. 1 : 3

B. 1 : 2

C. 2 : 1

ง. 2 : 5

E. 3 : 7

การอภิปราย

พลังงานศักย์โน้มถ่วง ณ จุด M:

EP _M = มก. (0,3 ชม.)

พลังงานจลน์ ณ จุด M = การลดลงของพลังงานศักย์โน้มถ่วง h - 0,3h = 0,7 h

EK _M = EP = มก. (0,7 ชม.)

อัตราส่วนของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ ณ จุด M คือ:

อีพี_เอ็ม : อีเค_เอ็ม

มก. (0,3 ชม.) : มก. (0,7 ชม.)

0,3: 0,7

3: 7

คำตอบที่ถูกต้องคือ E.

6. ดูภาพวัตถุ A ที่ตกลงมาอย่างอิสระจากจุด P ด้านล่าง!

ถ้า EP _Qและ EK _Qคือพลังงานศักยภาพและพลังงานจลน์ ณ จุด Q ตามลำดับ (g = 10 m/s² ⁾แล้ว EP _Q : EK _Qคือ….

ก. 16 : 9

B. 9 : 16

C. 3 : 2

ง. 2 : 3

E. 2 : 1

การอภิปราย

พลังงานศักย์โน้มถ่วง ณ จุด Q:

EP _Q = mgh = (m)(10)(1,8) = 18 m

พลังงานจลน์ ณ จุด Q = การลดลงของพลังงานศักย์โน้มถ่วง 5 - 1,8 = 3,2 เมตร

EK _Q = EP = mgh = m (10)(3,2) = 32 m

อัตราส่วนของพลังงานศักย์โน้มถ่วงและพลังงานจลน์ ณ จุด Q คือ:

EP _Q : EK _Q

18 ม. : 32 ม.

18: 32

9: 16

ที่มาของคำถาม:

ข้อสอบวิชาฟิสิกส์ระดับชาติ สำหรับนักเรียนมัธยมปลาย/อาชีวศึกษา