Кінетична енергія та потенційна енергія
ЗМІСТ1.4. Енергозбереження (c. Кінетична енергія та потенційна енергія)
Але насправді це приклад, мало схожий на приклад палаючого колоди, який, здається, не відповідає закону збереження маси. Лавуазьє зрозумів, що існує друга форма маси, маса диму, яка не враховувалась, і експериментально довів, що маса збережена.
У випадку падіння каменю ми маємо дві форми енергії. Перша - це енергія, зумовлена рухом, в якому вона знаходиться, відома як кінетична енергія. Друга форма - це тип енергії, який вона має, оскільки вона взаємодіє з планетою Земля самопливом, потенційна енергія. Земля і камінь притягують один одного гравітацією і чим більша відстань між ними, тим більша потенційна енергія - менше, як у випадку з пружиною.
Одиницею вимірювання енергії СІ є джоуль (J), а в цих одиницях для підняття маси на 1 кг на висоту до 1 м потрібно 9,8 Дж енергії. Це число, 9,8 джоулів на метр на кілограм, є мірою сили сили тяжіння Землі, близької до її поверхні. Зверніть увагу на це число, відоме як гравітаційне прискорення, з g і ми часто округляємо його до 10, щоб спростити обчислення.
Якщо ви піднімаєте камінь вагою 1 кг на висоту 1 м над землею, ви віддаєте 9,8 Дж енергії з їжі і перетворюєте її в потенційну енергію, що зберігається в камені. Якщо потім ви звільнити її, ця енергія починає перетворюватися на кінетичну енергію, поки, коли камінь майже не торкнеться землі, вся ця енергія буде кінетичною енергією. Потім ця кінетична енергія перетворюється на тепло і звук, коли камінь торкається землі.
Алгебраїчною мовою, формула потенційної енергії це є
де м це маса тіла, g - гравітаційне прискорення, і h - висота об’єкта.
Приклад 5: Важіль
На малюнку нижче показано дві сестри на гойдалці. Той, що зліва, має подвійний стіл, але це на півдорозі від центру до кінця. Для нахилу гойдалки не потрібно енергії. У той же час її сестра праворуч впаде вдвічі далі, що призведе до однакового зменшення енергії, її маса буде вдвічі меншою. З символами ми маємо
(2 М) gh
- для потенційної енергії, яку отримує ліва грань, і
мг (2 год)
за енергію, втрачену праворуч. Обидва вони дорівнюють 2mgh, отже отримана енергія та втрачена енергія рівні і енергія зберігається.
q/важіль
Дивлячись на речі по-іншому, ми можемо розглянути цей приклад того типу експерименту, який ви повинні зробити, щоб дійти до рівняння. Еп = mgh. Якби ми ще не знали рівняння, експеримент змусив би нас підозрювати, що рівняння включає добуток маси та висоти (mh), це властивості, що характеризують двох дівчат.
Отримавши рівняння для однієї форми енергії, ми можемо визначити рівняння для інших видів енергії. Наприклад, якщо ми впадемо камінь і виміряємо його остаточну швидкість v, коли він досягне землі, ми дізнаємось, скільки Ep він втратив, тому ми знаємо, що він повинен мати стільки ж кінетичної енергії, коли він мав максимальну швидкість. Ось кілька уявних результатів такого експерименту.
| м (кг) | v (м/с) | енергія (Дж) |
| 1.00 | 1.00 | 0,50 |
| 1.00 | 2,00 | 2,00 |
| 2,00 | 1.00 | 1.00 |
Порівнюючи перший рядок з другим, ми помічаємо, що подвоєння швидкості об’єкта не подвоює його енергію, а в чотири рази. З іншого боку, якщо порівняти перше і третє, ми помічаємо, що подвоєння маси лише подвоює енергію. Це свідчить про те, що кінетична енергія пропорційна масі, помноженій на квадрат швидкості, mv 2, і подальші експерименти встановлюють, що це справді загальне правило. Коефіцієнт пропорційності становить 0,5 через склад метричної системи, так що кінетична енергія рухомого об'єкта задається співвідношенням
r/Чіткий демонстрація того, що тепло - це також форма руху. У порожню банку залийте невелику кількість окропу, який швидко заповнює гарячу пару. Потім банку герметизують і незабаром деформують. Це можна пояснити. Висока температура пари являє собою високу середню швидкість хаотичного руху молекул у складі парів. До того, як пляшку закрили, пари залишали її, відкладаючи молекули повітря з меншою швидкістю. Коли кількість пари в балонці була зменшена, була досягнута рівновага, при цьому сила менш щільних молекул пари рухалася з великою швидкістю, врівноважуючи силу більш щільних, але повільних молекул повітря поза балончиком. Але потім його закрили, і через деякий час пара всередині досягла тієї ж температури, що й повітря зовні. Сила холодного рідкого пара вже недостатня для врівноваження сили холодного повітря, але зовні щільна, цей дисбаланс призводить до деформації балончика.