Temat: Energia kinetyczna. Zasada zachowania energii.

 

 

I. Energia kinetyczna

 

 

Energia kinetyczna to jedna z form energii mechanicznej, którą posiadają ciała będące w ruchu.

Energia kinetyczna zależy od masy ciała oraz wartości jego prędkości. Energia ta równa jest pracy, jaką trzeba wykonać, aby ciało o masie m rozpędzić do prędkości v (lub zatrzymać ciało będące w ruchu).

Jednostką energii kinetycznej, tak jak wszystkich innych form energii, jest dżul [J].

Wartość energii kinetycznej ciała jest równa iloczynowi połowy masy ciała i kwadratu wartości prędkości ciała:

lub

 

 

II. Zasada zachowania energii mechanicznej i jej zastosowanie

 

 

 

Ciało znajdujące się na wysokości 10 m ma względem poziomu, od którego liczona jest ta wysokość, pewną energię potencjalną. Gdy ciało zacznie spadać, energia ta będzie malała. Ale jednocześnie zauważymy, że ciało to będzie poruszało się coraz szybciej. To znaczy, że jego energia kinetyczna będzie rosła. A czy wiesz, co stanie się z energią mechaniczną, czyli sumą energii potencjalnej i kinetycznej?

 

 

 

Często obserwujesz sytuację, w której z pewnej wysokości spada piłka. Uderza ona w ziemię, odbija się i zaczyna poruszać się w górę. Jak podczas tego zjawiska zmieniają się energia potencjalna i kinetyczna?

• Podczas spadania piłki maleje jej wysokość nad ziemią, zatem maleje energia potencjalna. Piłka porusza się coraz szybciej, ponieważ działa na nią siłą grawitacji – rośnie zatem energia kinetyczna.
• W chwili uderzenia w powierzchnię ziemi energia potencjalna jest równa zero, a kinetyczna osiąga maksymalną wartość.
• Po odbiciu się piłki rośnie jej wysokość nad powierzchnią ziemi, a zatem energia potencjalna. Wiesz już, że dzieje się tak, gdy wykonujesz pracę podczas podnoszenia. Ale na piłkę działa siła zwrócona w dół, a nie w górę. Piłka porusza się w górę, ponieważ ma ona energię kinetyczną i to jej kosztem następuje wzrost energii potencjalnej. Sama energia kinetyczna maleje i w punkcie osiągnięcia maksymalnej wysokości jest równa zero (piłka dalej się nie wznosi).
• Podczas ruchu w dół i w górę następują przemiany energii: potencjalna zamienia się w kinetyczną, a kinetyczna w potencjalną.
• Wysokość osiągnięta po odbiciu jest mniejsza niż wysokość początkowa. Piłka przy każdym kolejnym odbiciu osiąga coraz mniejsze wysokości. Oznacza to, że stopniowo energia mechaniczna maleje. Podczas ruchu piłka napotyka na opór powietrza, zarówno podczas ruchu w dół, jak i w górę. Siły oporu wykonują pracę. Część energii tracona jest także w momencie odbicia.

 

 

Zasada zachowania energii mechanicznej jest jedną z fundamentalnych zasad przyrody.

Została sformułowana na podstawie bardzo wielu eksperymentów. Jej treść można przedstawić następująco:

• Jeśli siły zewnętrzne nie wykonują pracy nad układem ciał i na składniki układu nie działają siły tarcia lub oporu ośrodka, to energia mechaniczna układu pozostaje stała, co oznacza, że energia kinetyczna i potencjalna składników układu mogą się zmieniać, ale ich suma pozostaje niezmieniona. Można to zapisać równaniem: (E_p+E_k)początkowa=(E_p+E_k)końcowa.
• Tylko działanie sił zewnętrznych może zmienić energię całkowitą ciała lub układu ciał, a zmiana tej energii jest równa pracy wykonanej przez te siły.
• Energia nie powstaje z niczego i nie ginie bez śladu, tylko przekształca się z jednej formy w drugą.
• Jeśli ciało lub układ ciał nie wymieniają energii z otoczeniem, to suma energii kinetycznej i potencjalnej jest taka sama w każdej chwili. Siła grawitacji, jaką działają na siebie składniki układu (na przykład Ziemia na piłkę), jest siłą wewnętrzną. Energia potencjalna wynika z istnienia siły grawitacji.

 

Przykład

 

  

 

Notatka:

To najważniejsze podręcznik strona 216

 

Zadania:

1, 2, 3 strona 217