Основно съдържание

Физика за напреднали/колеж 1

Курс: Физика за напреднали/колеж 1 > Раздел 5

Урок 2: Кинетична енергия

Какво е кинетична енергия?

Научи какво представлява кинетичната енергия и как тя е свързана с работата.

Какво е кинетична енергия?

Кинетична енергия е енергията, която притежава един обект, когато е в движение.

Ако искаме да ускорим един обект, тогава трябва да му приложим сила. Прилагането на сила изисква извършване на работа. След като се извърши работа и енергията се пренесе в обекта, тогава той ще се движи с нова постоянна скорост. Прехвърлената енергия се нарича кинетична енергия и зависи от масата и постигнатата скорост.

Кинетичната енергия може да се пренася между обекти и да се преобразува в други видеве енергия. Например една летяща катерица може да се сблъска с друга неподвижна катерица. След сблъсъка част от първоначалната кинетична енергия на летящата катерицата може да се е прехвърлила върху неподвижната катерица или да се е преобразувала в някаква друга форма на енергия.

Как можем да изчислим кинетичната енергия?

За да изчислим кинетичната енергия, следваме принципите, изложени по-горе, и ще започнем с намирането на извършената работа

A

от сила

F

в един прост пример. Разглеждаме кутия с маса

m

, която е бутана през разстояние

d

по повърхност със сила, успоредна на тази повърхност. Както научихме по-рано:

\begin{aligned} A & = F \cdot d \\ = m \cdot a \cdot d \end{aligned}

[Какво? Вече се изгубих.]

Ако си спомним нашето кинематично уравнение за движението, знаем, че можем да заместим ускорението, ако знаем първоначалната и крайната скорост –

v_{i}

v_{f}

– както и разстоянието.

[Коя е тази кинематична формула?]

\begin{aligned} A & = m \cdot d \cdot \frac{v_{f}^{2} - v_{i}^{2}}{2 d} \\ = m \cdot \frac{v_{f}^{2} - v_{i}^{2}}{2} \\ = \frac{1}{2} \cdot m \cdot v_{f}^{2} - \frac{1}{2} \cdot m \cdot v_{i}^{2} \end{aligned}

В резултат на извършената работа върху тялото от всички сили, които дейтват върху него, количеството

\frac{1}{2} m v^{2}

– което ще наричаме кинетична енергия

E к

– се променя.,

Кинетична енергия: E к = \frac{1}{2} \cdot m \cdot v^{2}

Като алтернатива може да се каже, че промяната в кинетичната енергия е равна на нетната работа, извършена върху обект или система.

A_{о б щ а} = Δ E к

Този резултат изобразява връзката между работата и кинетичната енерия и се прилага доста общо, дори със сили, които се различават по посока и големина. Това е важно при изучаването на запазването на енергията и консервативните сили.

Кое е интересното за кинетичната енергия?

Има няколко интересни неща за кинетичната енергия, които можем да видим от това уравнение.

Кинетичната енергия зависи от скоростта на тялото на квадрат. Това означава, че когато скоростта на тяло се удвои, неговата кинетична енергия ще се учетвори. Кола, движеща се с 60 km/h, ще има 4 пъти повече кинетична енергия от същата кола, движеща се с 30 km/h, оттам и 4 пъти по-голямата вероятност от смърт и тежки последствия при катастрофа.
Кинетичната енергия винаги е 0 или положително число. Скоростта може да приема и положителни, и отрицателни стойности, но скоростта на квадрат е винаги положително или нула.
Кинетичната енергия не е вектор. Следователно топче за тенис, хвърлено надясно със скорост от 5 m/s, ще има абсолютно същата кинетична енергия като топче за тенис, хвърлено надолу със скорост от 5 m/s.

Упражнение 1a: Да бъдеш на грешното място, когато африкански слон – маса = 6000 kg, скорост = 10 m/s – се засилва към теб, може наистина да ти развали деня. Колко бързо би се движило едно гюле с маса 1 kg, ако имаше същата кинетична енергия като слона?

[Показване на решението.]

Упражнение 1b: Според теб как биха се различавали щетите, нанесени върху тухлена стена, в случай на два отделни сблъсъка със слона и гюлето?

[Показване на решението.]

Упражнение 2: Ракетно гориво от хидразин има енергийна плътност

E_{d}

от

1, 6 \frac{MJ}{kg}

. Да предположим, че една ракета от 100 kg (

m_{r}

) е заредена с 1000 kg (

m_{p}

) хидразин. Каква скорост би могла да постигне? За да запазим нещата прости, нека предположим, че горивото е изгорено много бързо и че ракетата не е подложена на никакви външни сили.

[Показване на решението.]

Искаш ли да се присъединиш към разговора?

Вписване в профила

Сортирай по:

iveta.rajcheva
Публикувано преди 3 години. Пряка връзка до поста на iveta.rajcheva: “Каква е връзката между мо...”
Каква е връзката между мощността и скоростта на движещо се тяло
Бутонът води до страницата за създаване на профилБутонът води до страницата за създаване на профил
(2 гласа)
Отговор

Разбираш ли английски? Натисни тук, за да видиш още дискусии в английския сайт на Кан Академия.