Kinētiskā enerģija: definīcija, veidi un attiecības ar darbu

Jūs noteikti esat mācījies institūtā kinētiskā enerģija fizikas priekšmetā. Ja nē, droši vien esat to dzirdējis kādā zinātniskā pētījumā vai plašsaziņas līdzekļos. Un tā ir būtiska enerģija objektu kustības izpētei. Tomēr daudziem cilvēkiem joprojām nav skaidrības par to, kas patiesībā ir kinētiskā enerģija, kā tā darbojas un kā tā tiek mērīta.

Šajā rakstā mēs piedāvāsim a pilnīgs ceļvedis par kinētisko enerģiju, iedziļinoties tās definīcijā, lietojumos, veidos un aprēķināšanas veidā. Turklāt mēs sniegsim noderīgus piemērus un apskatīsim koncepcijas, kas saistītas ar citiem enerģijas veidiem, lai jūs pilnībā izprastu kinētiskās enerģijas nozīmi fizikā un ikdienas dzīvē.

Vai vēlaties uzzināt visu par kinētisko enerģiju? Jums vienkārši jāturpina lasīt, lai uzzinātu 

Kāda ir kinētiskās enerģijas definīcija?

Runājot par kinētisko enerģiju, daži cilvēki domā, ka tas attiecas uz kādu enerģijas veidu, ko izmanto elektroenerģijas vai līdzīga resursa ražošanai. Tomēr kinētiskā enerģija ir vienkārši enerģija, kas objektam piemīt tās kustības dēļ. Vienkāršā veidā mēs varētu teikt, ka jebkuram objektam, kas kustas, ir kinētiskā enerģija.

Lai objekts miera stāvoklī sāktu kustēties, tam jāpieliek spēks. Pieliekot šo spēku, objekts pārvar pretestības spēkus (piemēram, zemes vai gaisa berzi) un sāk kustēties. Šī procesa laikā ar kustīgo objektu saistītā enerģija ir tā, ko mēs saucam par kinētisko enerģiju.

Tāpēc, Kinētiskā enerģija ir atkarīga no diviem galvenajiem faktoriem: objekta masas un tā ātruma. Jo lielāka masa un ātrums, jo lielāka būs objekta kinētiskā enerģija. Ātruma palielināšanās izraisa ievērojamu enerģijas pieaugumu, jo enerģija ir atkarīga no ātruma kvadrātiski.

Šo enerģiju var pārnest no viena objekta uz otru. Piemēram, sadursmes gadījumā daļa no trieciena objekta kinētiskās enerģijas tiek pārnesta uz trieciena objektu.

Kinētiskās enerģijas un darba attiecības

Kinētiskā enerģija ir cieši saistīta ar darba jēdzienu fizikā. Viņš strādāt kas tiek veikta objektam, lai mainītu tā ātrumu, piešķir tam tā kinētisko enerģiju. Šis darbs tiek definēts kā objektam pieliktā spēka un attāluma, ko tas veic šī spēka ietekmē, reizinājums.

Darba vienādojums ir:

W = F · d · cos(θ)

Šeit, W vai darbs ir padarīts, F ir pieliktā spēka lielums, d ir nobrauktais attālums un θ ir leņķis starp spēku un pārvietojumu.

Mēs varam domāt par kinētisko enerģiju kā darbu, kas nepieciešams, lai objektu no miera stāvokļa līdz tā pašreizējam ātrumam.

Kinētiskās enerģijas veidi

Ir divi galvenie kinētiskās enerģijas veidi atkarībā no objekta aprakstītās kustības veida:

• Translācijas kinētiskā enerģija: rodas, kad objekts pārvietojas pa taisnu ceļu. Piemēram, kad automašīna brauc pa taisnu ceļu, tai ir translācijas kinētiskā enerģija.
• Rotācijas kinētiskā enerģija: parādās, kad objekts griežas ap savu asi. Spilgtākais piemērs ir riteņa griešanās vai ventilatora lāpstiņu kustība.

Papildus šiem veidiem kinētiskā enerģija var izpausties arī citos līmeņos. Piemēram, mikroskopiskā līmenī atomu kustība cietā vielā rada a termiskā kinētiskā enerģija, kas ir atbildīgs par siltumu. Arī elektroni, kas pārvietojas ķēdē, ģenerē elektriskā kinētiskā enerģija.

Kā tiek aprēķināta kinētiskā enerģija?

Objekta kinētiskās enerģijas aprēķināšana ir salīdzinoši vienkārša, ja zināt tā masu un ātrumu. Vispārējā formula Kinētiskā enerģija piešķir:

Lai labāk izprastu šo vienādojumu, ir lietderīgi izskaidrot terminus:

• E_c: atspoguļo kinētisko enerģiju, ko mēra džoulos (J).
• m: tā ir objekta masa, ko mēra kilogramos (kg).
• v: atbilst objekta ātrumam, ko mēra metros sekundē (m/s).

Kā redzat, kinētiskā enerģija ir proporcionāla masai, bet ir atkarīga no ātruma kvadrāta, kas nozīmē, ka objekta ātruma dubultošana četrkāršo tā kinētisko enerģiju.

Turklāt objekta kinētiskā enerģija vienmēr var būt pozitīva vai vismaz vienāda ar nulli, ja objekts atrodas miera stāvoklī.

Paātrinājums un berze kinētiskajā enerģijā

kinētiskā enerģija Visumā tā nedarbojas pati par sevi. To bieži ietekmē citi spēki, galvenokārt berzes spēks un paātrinājums.

Kad objektam pieliekam spēku, tas sāk paātrināties. Palielinoties ātrumam, pieaugs arī kinētiskā enerģija. Tomēr, ja mēs pārtrauksim pielietot spēku, citi faktori, piemēram, gaisa berze vai saskare ar zemi, sāks palēnināt objekta ātrumu. Šis process samazina tā kinētisko enerģiju, līdz galu galā objekts apstājas.

Šī iemesla dēļ zināšanas par berzes spēkiem ir būtiskas, lai izprastu kustīga objekta uzvedību. Piemēram, braucot ar automašīnu, riteņu kinētiskā enerģija pastāvīgi mijiedarbojas ar zemi, kas nosaka jaudas daudzumu, kas nepieciešams, lai automašīna kustētos.

Kinētiskās enerģijas formula: pielietojums klasiskajā un relatīvistiskajā mehānikā

Klasiskajā mehānikā, iesaistītie ātrumi ir krietni mazāki par gaismas ātrumu. Šajā gadījumā formula E_c = ½ mv² Tas ir lieliski piemērots objekta kinētiskās enerģijas aprēķināšanai.

Tomēr relatīvistiskā mehānika, ir jāņem vērā sekas Einšteina speciālās relativitātes teorija, kad objekti pārvietojas ar ātrumu, kas ir tuvu gaismai. Šajā situācijā formulas klasiskā forma nav precīza, un tiek izmantota sarežģītāka versija, kas iegūta no slavenā Einšteina vienādojuma. E = m XNUMX.

Kinētiskās enerģijas piemēri

• Izmesta bumba: Kad tu met bumbu, tu piešķir tai kinētisko enerģiju. Enerģijas daudzums ir atkarīgs no bumbiņas ātruma un tās masas.
• Kustīga automašīna: Apritē esošai automašīnai ir kinētiskā enerģija, kas būs atkarīga no tā masas un ātruma. Bremzējot, kinētiskā enerģija tiek izkliedēta, galvenokārt bremžu un riepu berzes rezultātā ar zemi.
• Amerikāņu kalniņi: Braucot ar amerikāņu kalniņiem, automašīnas uzglabā potenciālo enerģiju, kas, automašīnai virzoties lejup pa nogāzēm, tiek pārvērsta kinētiskā enerģijā.
• krītošie akmeņi: Objekts, kas krīt no noteikta augstuma, iegūst kinētisko enerģiju, paātrinoties. Šāda veida kumulatīvā kustība tiek izmantota vairākos fizikas eksperimentos un reālās pasaules piemēros.

Kinētiskajai enerģijai ir izšķiroša nozīme neskaitāmās ikdienas situācijās, un tā ir būtiska, lai saprastu, kā kustīgi objekti mijiedarbojas mūsu pasaulē. No vienkāršākās bumbiņas kustības līdz elektronu izpētei kvantu fizikā viss ir saistīts ar likumiem, kas regulē šo enerģijas veidu.