Кинетическая энергия это в физике определение для чайников: «Что такое кинетическая и потенциальная энергия для “чайников”?» – Яндекс.Кью

Кинетическая и потенциальная энергии

Энергия – важнейшее понятие в механике. Что такое энергия. Существует множество определений, и вот одно из них.

Что такое энергия?

Энергия – это способность тела совершать работу. 

Кинетическая энергия

Рассмотрим тело, которое двигалось под действием каких-то сил  изменило свою скорость с v1→ до v2→. В этом случае силы, действующие на тело, совершили определенную работу A. 

Работа всех сил, действующих на тело, равна работе равнодействующей силы. 

Fр→=F1→+F2→

A=F1·s·cosα1+F2·s·cosα2=Fрcosα.

Установим связь между изменением скорости тела и работой, совершенной действующими на тело силами. Для простоты будем считать, что на тело действует одна сила F→, направленная вдоль прямой линии. Под действием этой силы тело движется равноускоренно и прямолинейно. В этом случае векторы F→, v→, a→, s→ совпадают по направлению и их можно рассматривать как алгебраические величины. 

Работа силы F→ равна A=Fs. Перемещение тела выражается формулой s=v22-v122a. Отсюда:

A=Fs=F·v22-v122a=ma·v22-v122a

A=mv22-mv122=mv222-mv122.

Как видим, работа, совершенная силой, пропорционально изменению квадрата скорости тела. 

Определение. Кинетическая энергия

Кинетическая энергия тела равна половине произведения массы тела на квадрат его скорости. 

EK=mv22.

Кинетическая энергия – энергия движения тела. При нулевой скорости она равна нулю.

Теорема о кинетической энергии

Вновь обратимся к рассмотренному примеру и сформулируем теорему о кинетической энергии тела.

Теорема о кинетической энергии

Работа приложенной к телу силы равна изменению кинетической энергии тела. Данное утверждение справедливо и тогда, когда тело движется под действием изменяющейся по модулю и направлению силы. 

A=EK2-EK1.

Таким образом, кинетическая энергия тела массы m, движущегося со скоростью v→, равна работе, которую сила должна совершить, чтобы разогнать тело до этой скорости.

A=mv22=EK.

Чтобы остановить тело, нужно совершить работу 

A=-mv22=-EK

Потенциальная энергия

Кинетическая энергия – это энергия движения. Наряду с кинетической энергией есть еще потенциальная энергия, то есть энергия взаимодействия тел, которая зависит от их положения.

Нужна помощь преподавателя?

Опиши задание — и наши эксперты тебе помогут!

Описать задание

Например, тело поднято над поверхностью земли. Чем выше оно поднято, тем больше будет потенциальная энергия. Когда тело падает вниз под действием силы тяжести, эта сила совершает работу. Причем работа силы тяжести определяется только вертикальным перемещением тела и не зависит от траектории.

Важно!

Вообще о потенциальной энергии можно говорить только в контексте тех сил, работа которых не зависит от формы траектории тела. Такие силы называются консервативными.

Примеры консервативных сил: сила тяжести, сила упругости.

Когда тело движется вертикально вверх, сила тяжести совершает отрицательную работу. 

Рассмотрим пример, когда шар переместился из точки с высотой h2 в точку с высотой h3. 

При этом сила тяжести совершила работу, равную 

A=-mg(h3-h2)=-(mgh3-mgh2).

Эта работа равна изменению величины mgh, взятому с противоположным знаком. 

Величина ЕП=mgh – потенциальна энергия в поле силы тяжести. На нулевом уровне (на земле) потенциальная энергия тела равна нулю.

Определение. Потенциальная энергия

Потенциальная энергия – часть полной механической энергии системы, находящейся в поле консервативных сил. Потенциальная энергия зависит от положения точек, составляющих систему.

Можно говорить о потенциальной энергии в поле силы тяжести, потенциальной энергии сжатой пружины и т.д. 

Работа силы тяжести равна изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком.

A=-(EП2-EП1).

Ясно, что потенциальная энергия зависит от выбора нулевого уровня (начала координат оси OY). Подчеркнем, что физический смысл имеет изменение потенциальной энергии при перемещении тел друг относительно друга. При любом выборе нулевого уровня изменение потенциальной энергии будет одинаковым.

При расчете движения тел в поле гравитации Земли, но на значительных расстояниях от нее, во внимание нужно принимать закон всемирного тяготения (зависимость силы тяготения от расстояния до цента Земли). Приведем формулу, выражающую зависимость потенциальной энергии тела.

EП=-GmMr.

Здесь G – гравитационная постоянная, M – масса Земли.

Потенциальная энергия пружины

Представим, что в первом случае мы взяли пружину и удлинили ее на величину x. Во втором случае мы сначала удлинили пружину на 2x, а затем уменьшили на x. В обоих случаях пружина оказалась растянута на x, но это было сделано разными способами. 

При этом работа силы упругости при изменении длины пружины на x в обоих случаях была одинакова и равна

Aупр=-A=-kx22.

Величина Eупр=kx22 называется потенциальной энергией сжатой пружины. Она равна работе силы упругости при переходе из данного состояния тела в состояние с нулевой деформацией.

Энергия как физическая величина. Виды энергии. Физика, 7 класс: уроки, тесты, задания.

1.	Кинетическая энергия велосипедиста Сложность: лёгкое	2
2.	Определение, свойства, единицы измерения энергии Сложность: лёгкое	2
3.	Словесные определения формул Сложность: лёгкое	1
4.	Единицы величин Сложность: лёгкое	2
5.	Формулы (выражение переменных) Сложность: лёгкое	1
6.	Превращение одного вида энергии в другой Сложность: лёгкое	1
7.	Кинетическая энергия метеорита Сложность: среднее	4
8.	Изменение кинетической энергии Сложность: среднее	4
9.	Потенциальная энергия, определение совершённой работы Сложность: среднее	3
10.	Изменение потенциальной энергии Сложность: среднее	3
11.	Потенциальная энергия камня Сложность: среднее	4
12.	Механическая энергия Сложность: среднее	1
13.	Неизвестная высота Сложность: среднее	2
14.	Потенциальная энергия тела относительно земли или крыши Сложность: среднее	3
15.	Изменение кинетической энергии (скорости) Сложность: среднее	4
16.	Неизвестная скорость Сложность: среднее	3
17.	Превращение одной энергии в другую Сложность: среднее	4
18.	Неизвестная высота дирижабля Сложность: сложное	4
19.	Потенциальная энергия коробок относительно пола Сложность: сложное	5
20.	Сравнение энергий Сложность: сложное	3

Урок 21. релятивистские эффекты – Физика – 11 класс

Физика, 11 класс

Урок №21. Релятивистские эффекты

На уроке рассматриваются понятия: энергия покоя, полная энергия частиц; связь массы и энергии в специальной теории относительности; релятивистский импульс частицы, релятивистская кинетическая энергия; принцип соответствия.

Глоссарий урока:

Релятивистская механика – раздел физики, где описывается движение частиц со скоростями близкими к скорости света.

Закон взаимосвязи энергии и массы – тело обладает энергией и при нулевой скорости, такую энергию называют энергией покоя.

Релятивистская энергия составляет сумму собственной энергии частицы и релятивистской кинетической энергии.

Безмассовыми называют частицы массы, которых в состоянии покоя равны нулю, они существуют только в движении, при этом во всех инерциальных системах отсчёта их импульс и энергия не равны нулю.

Массовыми называют частицы, для которых масса является важной характеристикой, мерой инертности тела.

Принцип соответствия – это подтверждение законов Ньютона и классических представлений о пространстве и времени, рассматриваются как частный случай релятивистских законов при скоростях намного меньших скорость света.

Согласно принципу соответствия любая теория, претендующая на более глубокое описание явлений и на более широкую сферу применимости, должна включать предыдущую теорию, как предельный случай.

Обязательная литература:

1. Мякишев Г.Я., Буховцев Б.Б., Сотский Н.Н. Физика.11 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 239 – 241.
2. Рымкевич А.П. Физика. Задачник. 10-11 классы. – М.: Дрофа, 2013. — С. 147 – 149

Дополнительная литература:

1. Анциферов Л.И., Физика: электродинамика и квантовая физика. 11кл. Учебник для общеобразовательных учреждений – М.: Мнемозина, 2001. – С. 253-260.
2. Кирик Л.А., Генденштейн Л.Э., Гельфгат И.М.. Задачи по физике. 10-11 классы для профильной школы. – М.: Илекса, 2010. – С. 311-315.
3. Айзексон У., Эйнштейн. Жизнь гения; пер. с анг. А.Ю. Каннуниковой. – М: АСТ, 2016 – С.144-157

Основное содержание темы

«Основы физики претерпели неожиданные и радикальные изменения благодаря смелости молодого и революционно мыслящего гения.»

Вернер Гейзенберг

Эти слова и множество других восхищённых эпитетов будут высказаны в адрес гениального учёного Альберта Эйнштейна. Эйнштейн не боялся опровергать общепринятые утверждения. Он разрушил представление об абсолютном времени и незыблемости пространства. Его теория утверждала, что есть движущиеся системы координат со своим относительным временем. А пространство существует, пока в нём существует всё материальное. Время идёт тем медленнее, если быстрее движется тело. Такие удобные и понятные принципы классической физики: о постоянстве массы, длины, времени, скорости – опровергаются следствиями из постулатов специальной теории относительности Эйнштейна.

Альберт (Einstein) Эйнштейн

14 марта 1879 г. – 18 апреля 1955 г.

Физик-теоретик, один из основателей современной теоретической физики, лауреат Нобелевской премии по физике 1921 года, общественный деятель-гуманист.

По законам классической физики: масса – это мера инертности тела. Но Эйнштейн утверждает другое: масса – это мера энергии, содержащейся в теле.

Любое тело обладает энергией уже в силу своего существования. Альбертом Эйнштейном была установлена пропорциональность между энергией и массой:

На первый взгляд, простая формула, является фундаментальным законом природы, законом взаимосвязи энергии и массы.

Согласно этой формуле тело обладает энергией даже при нулевой скорости, в таком случае энергию называют E энергией покоя. А массу, которая входит в формулу Эйнштейна назовём m₀ массой покоя.

Как же будет выглядеть закон взаимосвязи массы и энергии для движущегося тела? К нему добавляем радикал (релятивистский множитель) из преобразований Лоренца:

Такую формулу называют релятивистской энергией или полной энергией движущегося тела.

Релятивистская механика – раздел физики, где описываются движения тел и частиц со скоростями близкими к скорости света, где используются преобразования Лоренца, перехода из одной инерциальной системы в другую, когда одна система движется относительно другой со скоростью вдоль оси ОХ.

Любые изменения физических величин, связанные с сокращением размеров:

эффект замедления времени:

изменение массы тела при изменении энергии:

закон сложения скоростей:

в специальной теории относительности называют релятивистскими изменениями.

По законам классической физики полная энергия равна сумме кинетической и потенциальной энергий тела или частицы

Отсюда выразим кинетическую энергию тела

Релятивистская энергия составляет сумму собственной энергии частицы и релятивистской кинетической энергии

В классической физике кинетическая энергия вычисляется по формуле

Получим ещё одно выражение

Выразим кинетическую энергию из формулы релятивистской энергии:

Поставим релятивистский радикал, который можно преобразовать при малых скоростях и получим релятивистскую кинетическую энергию частицы:

Или другой способ выражения кинетической энергии, если использовать классическую кинетическую энергию, то получим

– выражение для определения релятивистской кинетической энергии.

Путём не сложных математических вычислений можно доказать, что формула определения кинетической энергии в классической физикеи формула кинетической энергии в релятивистской физике равны между собой.

Давайте проверим работают ли главные законы механики – законы Ньютона в релятивистской физике.

Первый закон Ньютона: существуют системы отсчёта, называемые инерциальными, относительно которых тело движется прямолинейно и равномерно, если на него не действуют другие тела.

Первый постулат СТО Эйнштейна: все физические явления протекают одинаково во всех инерциальных системах отсчёта, или никакими опытами, проводимыми в инерциальной системе отсчёта, невозможно установить её движение относительно других инерциальных систем.

Внимание! Они не противоречат друг другу!

Третий закон Ньютона: силы с которыми тела действуют друг на друга равны по модулю и направлены вдоль одной прямой в противоположные стороны. Этот закон тоже работает в релятивистской физике (смотрите первый постулат СТО).

А что же со вторым законом классической механики? Второй закон Ньютона: ускорение тела прямо пропорционально силе и обратно пропорционально его массе.

Рассмотрим предельный случай: если на тело долгое время t (время стремится к бесконечности) действовать с постоянной силой F = const, то ускорение будет постоянным a = const. Ускорение в свою очередь, зависит от скорости, с которой движется тело:

Отсюда скорость тоже будет стремиться к бесконечности, а это невозможно (смотрите второй постулат СТО), так как скорость тела или частицы не может быть больше предельного значения скорости света ()!

Но давайте рассмотрим другую формулировку второго закона Ньютона, когда сила прямо пропорциональна изменению импульсов тела ко времени этого изменения:

В классической механике импульс равен произведению массы тела или частицы на его скорость: , где m – постоянная величина, мера инертности тела.

В релятивистской механике выражение импульса можно записать, используя преобразования Лоренца:

При скоростях намного меньших, чем скорость света 𝟅с, формула принимает вид классической механики Ньютона

Эти проявления – подтверждение законов Ньютона и классических представлений о пространстве и времени, рассматривают как частный случай релятивистских законов при скоростях намного меньших скорости света и называют принципом соответствия. Согласно принципу соответствия любая теория, претендующая на более глубокое описание явлений и на более широкую сферу применимости, должна включать предыдущую теорию, как предельный случай. То есть законы классической механики подтверждаются релятивистской, но только для частиц или тел, движущихся с малыми скоростями.

В природе существуют такие частицы (фотоны, мюоны, нейтрино), скорость которых равна или близка к скорости света. Массы таких частиц в состоянии покоя равны нулю, эти частицы называют безмассовыми. Они существуют только в движении, но во всех инерциальных системах отсчёта их импульс и энергия не равны нулю. Тогда подтверждается утверждение Эйнштейна, что масса – это мера энергии тела. Частицы, для которых масса является важной характеристикой – мерой инертности, называют массовыми.

Найдём соотношение между энергией и импульсом:

Взаимно уничтожаются подкоренные выражения, сокращается произведение массы на скорость света, и мы получим простое соотношение энергии и импульса, где нет зависимости от массы.

Энергия и импульс связаны соотношением

Поэтому во всех инерциальных системах отсчёта импульс и энергия не равны нулю. При превращениях элементарных частиц, обладающих массой покоя , в частицы у которых , их энергия покоя целиком превращается в кинетическую энергию вновь образовавшихся частиц. Этот факт является наиболее очевидным экспериментальным доказательством существования энергии покоя.

Во всех инерциальных системах отсчёта импульс частицы и её энергия связаны соотношением:

или

– эта формула является фундаментальным соотношением энергии и импульса для массовых частиц релятивистской механики. Эти соотношения экспериментально подтверждены.

Следовательно, для безмассовых частиц, где или , выражение примет вид

Основное выражение энергии через её импульс записывают так:

Отсюда, масса, движущейся частицы, будет равна

Если частица покоится, то её значение можно определить из основной формулы Эйнштейна взаимосвязи массы и энергии:

В обычных условиях, при нагревании тела или его охлаждении, при химической реакции, эти приращения массы происходят, их можно вычислить, но изменения массы не так заметны. Энергию, полученную из расщепления ядер на атомных электростанциях, используют на благо человека, где незначительные массы радиоактивного топлива вырабатывают энергию, питающую электроэнергией огромные города. Но, к сожалению, такую энергию, высвобождающуюся при цепной реакции, люди использовали и военных целях, для уничтожения городов, людей. Поэтому, только в последствии, понимая ответственность за свои открытия, учёные искренне становятся общественными деятелями: правозащитниками и борцами за мир.

Рассмотрим задачи тренировочного блока урока:

1. Чтобы выработать количество энергии, которой обладает тело массой 1 кг, Красноярской ГЭС потребуется времени _________ суток (1,5·10⁷; 173,6; 182,3). Мощность Красноярской ГЭС 6000МВт.

Дано:

m = 1 кг

P = 6000 МВт = 6·10⁹ Вт

t – ? (сутки)

Воспользуемся выражением, описывающим зависимость энергии тела от массы:

И зависимостью мощности от работы и времени:

Выразим секунды в часах, а затем в сутках:

Ответ: 173,6 суток.

2. Чему равен импульс протона, летящего со скоростью 8,3·10⁷ м/с? На сколько будет допущена ошибка, если пользоваться формулами классической физики? Данные поученных вычислений занесите в таблицу:

Физические величины	Показатели
Масса покоя протона, m	1,67·10-27 кг
Скорость света, с	3·108 м/с
Скорость движения протона, 𝟅	8,3·107 м/с
Импульс протона по классическим законам, рк	?
Импульс протона по релятивистским законам, рр	?
Разница в вычислениях импульса протона,	?

Воспользуемся формулами для определения импульса релятивистским и классическим способами:

Вычислим разницу показаний:

Физические величины	Показатели
Масса покоя протона, m	1,67·10-27кг
Скорость света, с	3·108 м/с
Скорость движения протона, 𝟅	8,3·107 м/с
Импульс протона по классическим законам, рк	1,38·10-19кг·м/с
Импульс протона по релятивистским законам, рр	5,2·10-19 кг·м/с
Разница в вычислениях импульса протона,	в 3,8 раза

Внутренняя энергия тела

Что такое внутренняя энергия тела

Любое тело или предмет обладают энергией. Например, летящий самолет или падающий шар обладают механической энергией. В зависимости от взаимодействия с внешними телами различают два вида механической энергии: кинетическая и потенциальная. Кинетической энергией обладают все предметы, которые тем или иным способом движутся в пространстве. Это самолет, птица, летящий в ворота мяч, перемещающийся автомобиль и др. Вторым видом механической энергии является потенциальная. Этой энергией обладают, например, поднятый камень или мяч над поверхностью земли, сжатая пружина и т.п. При этом кинетическая энергия тела может переходить в потенциальную и наоборот.

Самолеты, вертолет и дирижабль обладают кинетической энергией

Сжатая пружина обладает потенциальной энергией

Рассмотрим пример. Тренер поднимает мяч и держит его в руках. При этом мяч обладает потенциальной энергией. Когда тренер бросает мяч на землю, то у него появляется кинетическая энергия, пока он летит. После того, как мяч отскакивает,  также происходит перетекание энергии до тех пор, пока мяч не будет лежать на поле. В этом случае и кинетическая и потенциальная энергии равны нулю. Но у мяча при этом повысилась внутренняя энергия молекул из-за взаимодействия с полем.

Но существует еще внутренняя энергия молекул тела, например, того же мяча. Пока мы его перемещаем или поднимаем, внутренняя энергия не изменяется. Внутренняя энергия не зависит от механического воздействия или движения, а зависит только от температуры, агрегатного состояния и других особенностей.

В каждом теле имеется множество молекул, они могут обладать как кинетической энергией движения, так и потенциальной энергией взаимодействия. При этом внутренняя энергия является суммой энергий всех молекул тела.

Как изменить внутреннюю энергию тела

Внутренняя энергия зависит от скорости движения молекул в теле. Чем быстрее они движутся, тем выше энергия тела. Обычно это происходит при нагревании тела. Если же мы его охлаждаем, то происходит обратный процесс  – внутренняя энергия уменьшается.

Если мы нагреваем кастрюлю при помощи огня (плиты), то мы совершаем над этим предметом работу и, соответственно, изменяем его внутреннюю энергию.

Внутреннюю энергию можно изменить двумя основными способами. Совершая работу над телом, мы увеличиваем его внутреннюю энергию и наоборот, если тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается. Вторым способом изменения внутренней энергии является процесс теплопередачи. Обратите внимание, что во втором варианте над телом не совершается работы. Так, например, нагревается стул зимой, стоящий рядом возле горячей батареи. Теплопередача всегда происходит от тел с более высокой температурой к телам с меньшей температурой.

Таким образом, зимой нагревается воздух от батарей. Проведем небольшой эксперимент, который можно выполнить в домашних условиях. Наберите стакан горячей воды и поставьте его в чашу или контейнер с холодной. Через время температура воды в обоих сосудах станет одинаковой. Это и является процессом теплопередачи, то есть изменения внутренней энергии без совершения работы. Существует три способа теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.

Закон сохранения механической энергии — определение и формулы

Энергия: что это такое

Если мы погуглим определение слова «Энергия», то скорее всего найдем что-то про формы взаимодействия материи. Это верно, но совершенно непонятно.

Поэтому давайте условимся здесь и сейчас, что энергия — это запас, который пойдет на совершение работы.

Энергия бывает разных видов: механическая, электрическая, внутренняя, гравитационная и так далее. Измеряется она в Джоулях (Дж) и чаще всего обозначается буквой E.

Механическая энергия

Механическая энергия — это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу.

Она представляет собой совокупность кинетической и потенциальной энергии. Кинетическая энергия — это энергия действия. Потенциальная — ожидания действия.

Представьте, что вы взяли в руки канцелярскую резинку, растянули ее и отпустили. Из растянутого положения резинка просто «полетит», как только вы ей позволите это сделать. В этом процессе в момент натяжения резинка обладает потенциальной энергией, а в момент полета — кинетической.

Еще один примерчик: лыжник скатывается с горы. В самом начале — на вершине — у него максимальная потенциальная энергия, потому что он в режиме ожидания действия (ждущий режим 😂), а внизу горы он уже явно двигается, а не ждет, когда с ним это случится — получается, внизу горы кинетическая энергия.

Смотреть на мир через формулы и физические процессы — гораздо увлекательнее! А еще так проще разобраться со сложной контрольной и подтянуть оценки по физике.

Приходиться учиться в современном формате в онлайн-школу Skysmart. Подростков ждут интерактивные задания, карта личного прогресса и домашка, в которую хочется «залипать».2.

Решение:

Формула потенциальной энергии Еп = mgh

Выразим высоту:

h = Eп/mg

Переведем 637 кДж в Джоули.

637 кДж = 637000 Дж

Подставляем значения

h = 637 000/(65 * 9,8) = 1000 м

Ответ: высота горы равна 1000 метров.

Задачка три

Два шара разной массы подняты на разную высоту относительно поверхности стола (см. рисунок). Сравните значения потенциальной энергии шаров E1 и E2. Считать, что потенциальная энергия отсчитывается от уровня крышки стола.

Решение:

Потенциальная энергия вычисляется по формуле: E = mgh

По условию задачи

m1 = m

h2 = 2h

m2 = 2m

h3 = h

Таким образом, получим, что

E1 = m*g*2h = 2 mgh,

а E2 = 2mgh,

то есть E1 = E2.

Ответ: E1 = E2.

Закон сохранения энергии

В физике и правда ничего не исчезает бесследно. Чтобы это как-то выразить, используют законы сохранения. В случае с энергией — Закон сохранения энергии.

Закон сохранения энергии Полная механическая энергия замкнутой системы остается постоянной.

Полная механическая энергия — это сумма кинетической и потенциальной энергий. Математически этот закон описывается так:

Закон сохранения энергии Еполн.мех. = Еп + Eк = const Еполн.мех. — полная механическая энергия системы [Дж] Еп — потенциальная энергия [Дж] Ек — кинетическая энергия [Дж] const — постоянная величина

Задачка раз

Мяч бросают вертикально вверх с поверхности Земли.2)/2 = gh

Из соотношения видно, что высота прямо пропорциональна квадрату начальной скорости, значит при увеличении начальной скорости мяча в два раза, высота должна увеличиться в 4 раза.

Ответ: высота увеличится в 4 раза

Задачка два

Тело массой m, брошенное с поверхности земли вертикально вверх с начальной скоростью v0, поднялось на максимальную высоту h0. Сопротивление воздуха пренебрежимо мало. Чему будет равна полная механическая энергия тела на некоторой промежуточной высоте h?

Решение

По закону сохранения энергии полная механическая энергия изолированной системы остаётся постоянной. В максимальной точке подъёма скорость тела равна нулю, а значит, оно будет обладать исключительно потенциальной энергией Емех = Еп = mgh0.

Таким образом, на некоторой промежуточной высоте h, тело будет обладать и кинетической и потенциальной энергией, но их сумма будет иметь значение Емех = mgh0.2)/2 = 1,6 Дж

h = E/mg = 1,6/0,1*10 = 1,6 м

Ответ: мяч имел скорость 2 м/с на высоте 1,6 м

Переход механической энергии во внутреннюю

Внутренняя энергия — это сумма кинетической энергии хаотичного теплового движения молекул и потенциальной энергии их взаимодействия. То есть та энергия, которая запасена у тела за счет его собственных параметров.

Часто механическая энергия переходит во внутреннюю. Происходит этот процесс путем совершения механической работы над телом. Например, если сгибать и разгибать проволоку — она будет нагреваться.

Или если кинуть мяч в стену, часть энергии при ударе перейдет во внутреннюю.

Задачка

Какая часть начальной кинетической энергии мяча при ударе о стену перейдет во внутреннюю, если полная механическая энергия вначале в два раза больше, чем в конце?

Решение:

В самом начале у мяча есть только кинетическая энергия, то есть Емех = Ек.

В конце механическая энергия равна половине начальной, то есть Емех/2 = Ек/2

Часть энергии уходит во внутреннюю, значит Еполн = Емех/2 + Евнутр

Емех = Емех/2 + Евнутр

Емех/2 = Евнутр

Евнутр = Ек/2

Ответ: во внутреннюю перейдет половина начальной кинетической энергии

Закон сохранения энергии в тепловых процессах

Чтобы закон сохранения энергии для тепловых процессов был сформулирован, было сделано два важных шага. Сначала французский математик и физик Жан Батист Фурье установил один из основных законов теплопроводности. А потом Сади Карно определил, что тепловую энергию можно превратить в механическую.

Вот что сформулировал Фурье:

При переходе теплоты от более горячего тела к более холодному температуры тел постепенно выравниваются и становятся едиными для обоих тел — наступает состояние термодинамического равновесия.

Таким образом, первым важным открытием было открытие того факта, что все протекающие без участия внешних сил тепловые процессы необратимы.

Дальше Карно установил, что тепловую энергию, которой обладает на­гретое тело, непосредственно невозможно превратить в механиче­скую энергию для производства работы. Это можно сделать, только если часть тепловой энергии тела с большей температурой передать другому телу с меньшей температурой и, следовательно, нагреть его до более высокой температуры.

Закон сохранения энергии в тепловых процессах При теплообмене двух или нескольких тел абсолютное количество теплоты, которое отдано более нагретым телом, равно количеству теплоты, которое получено менее нагретым телом.

Математически его можно описать так:

Уравнение теплового баланса Q отд = Q пол Qотд — отданное системой количество теплоты [Дж] Q пол — полученное системой количество теплоты [Дж]

Данное равенство называется уравнением теплового баланса. В реальных опытах обычно получается, что отданное более нагретым телом количество теплоты больше количества теплоты, полученного менее нагретым телом:

Это объясняется тем, что некоторое количество теплоты при теплообмене передаётся окружающему воздуху, а ещё часть — сосуду, в котором происходит теплообмен.

Чтобы разобраться в задачках, читайте нашу статью про агрегатные состояния вещества. А лучше — сразу приходите практиковаться на уроки физики в современную школу Skysmart. Никаких скучных заданий! Вместо этого — захватывающие примеры из жизни, вдохновение и поддержка внимательных учителей.

Запишитесь на бесплатный вводный урок: определим уровень знаний и составим индивидуальную программу обучения.

Задачка раз

Сколько граммов спирта нужно сжечь в спиртовке, чтобы нагреть на ней воду массой 580 г на 80 °С, если учесть, что на нагревание пошло 20% затраченной энергии.7Дж/кг, удельная теплоёмкость воды 4200 Дж/(кг·°С).

Решение:

При нагревании тело получает количество теплоты

Q = cmΔt ,

где c — удельная теплоемкость вещества

При сгорании тела выделяется энергия

Qсгор = q*mсгор,

где q — удельная теплота сгорания топлива

По условию задачи нам известно, что на нагревание пошло 20% затраченной энергии.

То есть:

Q = 0,2 * Qсгор

cmΔt =0,2 * qmсгор

mсгор = cmΔt / 0,2 q

Ответ: масса сгоревшего топливаа равна 33,6 г.

Задачка два

Какое минимальное количество теплоты необходимо для превращения в воду 500 г льда, взятого при температуре −10 °С? Потерями энергии на нагревание окружающего воздуха пренебречь. Удельная теплоемкость льда равна 2100 Дж/кг*℃, удельная теплота плавления льда равна 3,3*10^5 Дж/кг.5 * 0,5 = 165000 Дж

Таким образом:

Q = Qнагрев + Qпл = 10500 + 165000 = 175500 Дж = 175,5 кДж

Ответ: чтобы превратить 0,5 кг льда в воду при заданных условиях необходимо 175,5 кДж тепла.

Задачи на кинетическую и потенциальную энергия с решением

А почему-бы и нет? У нас уже были задачи на свободное падение, законы Ньютона, силу трения и проч. и проч. Сегодня решаем задачи на кинетическую и потенциальную энергию.

А вообще, помните, что мы занимаемся далеко не только решением задач. Наш телеграм – это полезная информация для студентов всех специальностей, новости, лайфхаки, акции и скидки.

Задачи на кинетическую и потенциальную энергию

Приведем примеры задач на нахождение кинетической и потенциальной энергии с решением. Прежде чем приступать к практике, почитайте теорию по теме, повторите общую памятку по решению задач по физике и на всякий случай держите под рукой полезные формулы.

Задача №1 на кинетическую энергию

Условие

Максимальная высота, на которую поднимается тело массой 1 кг, подброшенное вертикально вверх, составляет 20 м. Найдите, чему была равна кинетическая энергия сразу же после броска.

Решение

Потенциальная энергия тела над поверхностью Земли составляет:

Здесь m – масса тела, g – ускорение свободного падения, h – высота. Согласно закону сохранения энергии, потенциальная энергия тела в наивысшей точке должна равняться кинетической энергии тела в начальный момент, то есть:

Принимая ускорение свободного падения равным 10 м/с2, находим кинетическую энергию тела сразу же после броска:

Ответ: 200 Дж.

Задача №2 на потенциальную энергию

Условие

Чему равна потенциальная энергия трех кубических дециметров воды на высоте 10 м?

Решение

По определению, потенциальная энергия равна в поле силы тяжести равна:

Масса трех кубических дециметров воды (трех литров) легко находится из формулы для плотности воды:

Осталось вычислить потенциальную энергию:

Ответ: 300 Дж.

При решении задач не забывайте переводить все размерности величин в систему СИ.

Задача №3 на полную механическую энергию

Условие

Какова полная механическая энергия дирижабля массой 5 тонн, если он летит на высоте 2 км со скоростью 60 км/ч?

Решение

Полная механическая энергия состоит из кинетической и потенциальной энергий:

Вычислим:

Ответ: 100,7 МДж.

Задача №4 на кинетическую и потенциальную энергию

Условие

Шарик массой 200 г падает с высоты 20 м с начальной скоростью, равной нулю. Какова его кинетическая энергия в момент перед ударом о землю, если потеря энергии за счет сопротивления воздуха составила 4 Дж? (Ответ дайте в джоулях.) Ускорение свободного падения принять равным 10 м/с2.

Решение

Перед началом падения потенциальная энергия шарика составляет:

По закону сохранения энергии, эта энергия должна перейти в кинетическую энергию Ек за вычетом потери за счет сопротивления воздуха дельта Е. Таким образом, можем найти кинетическую энергию:

Ответ: 36 Дж.

Задача №5 кинетическую и потенциальную энергию

Условие

Шарик висит на нити. В нем застревает пуля, летящая горизонтально, в результате чего нить отклоняется на некоторый угол. Как изменятся при увеличении массы шарика следующие величины: импульс, полученный шариком в результате попадания в него пули; скорость, которая будет у шарика тотчас после удара; угол отклонения нити?

Решение

Согласно закону сохранения импульса, скорость шарика с застрявшей в нем пулей равна

Здесь M и m – массы шарика и пули соответственно, v – скорость пули перед ударом. Таким образом, при увеличении массы шарика его скорость после удара уменьшится.

Найдем импульс, переданный шарику при попадании пули:

Следовательно, с увеличением массы шарика переданный ему импульс увеличивается.

Согласно закону сохранения энергии, кинетическая энергия пули перейдет в потенциальную энергию шарика с пулей:

Таким образом, при увеличении массы шарика угол отклонения нити уменьшится, поскольку уменьшится скорость u.

Ответ: см решение выше.

Вопросы на потенциальную и кинетическую энергию

Вопрос 1. Что такое энергия? Что такое механическая энергия?

Ответ. Для энергии существует множество определений. В наиболее общем смысле:

Энергия – мера способности тела совершать работу.

Механическая энергия – это энергия, связанная с движением тела или его положением в пространстве. Механическая энергия в механике описывается суммой кинетической и потенциальной энергии.

Вопрос 2. Сформулируйте закон сохранения энергии

Ответ. Закон сохранения энергии является фундаментальным физическим принципом. Для каждого вида энергии он имеет свою формулировку. Для механической энергии:

Полная механическая энергия замкнутой системы тел, между которыми действуют только консервативные силы, остается неизменной.

Вопрос 3. Какие силы называются консервативными?

Ответ. Консервативные, или потенциальные силы – это силы, работа которых не зависит от формы траектории. В качестве примера такой силы можно привести силу тяжести.

Вопрос 4. Какую энергию называют кинетической?

Ответ. Кинетическая энергия является энергией движения. Ею обладают только движущиеся тела, она зависит от массы тела и его скорости.

Вопрос 5. Какую энергию называют потенциальной?

Ответ. Потенциальная энергия является энергией взаимодействия в поле консервативных сил. Она зависит от положения тела и выбора системы отсчета. Например, потенциальная энергия тела в поле силы тяжести зависит от массы тела, ускорения свободного падения и высоты над нулевым уровнем.

Не знаете, как решать задачи на кинетическую или потенциальную энергию? Проблемы с выполнением любых других студенческих работ? Обращайтесь в профессиональный сервис для учащихся за помощью и консультациями.

Законы сохранения энергии – Электронный учебник по законам сохранения

Если тело некоторой массы m двигалось под действием приложенных сил, и его скорость изменилась от  до  то силы совершили определенную работу A.

Работа всех приложенных сил равна работе равнодействующей силы 

Работа равнодействующей силы. .A = F1s cos α1 + F2s cos α2 = F1ss + F2ss = Fрss = Fрs cos α

Между изменением скорости тела и работой, совершенной приложенными к телу силами, существует связь. Эту связь проще всего установить, рассматривая движение тела вдоль прямой линии под действием постоянной силы  В этом случае векторы силы  перемещения  скорости  и ускорения  направлены вдоль одной прямой, и тело совершает прямолинейное равноускоренное движение. Направив координатную ось вдоль прямой движения, можно рассматривать F, s, υ и a как алгебраические величины (положительные или отрицательные в зависимости от направления соответствующего вектора). Тогда работу силы можно записать как A = Fs. При равноускоренном движении перемещение s выражается формулой 

Отсюда следует, что 

Это выражение показывает, что работа, совершенная силой (или равнодействующей всех сил), связана с изменением квадрата скорости (а не самой скорости).

Физическая величина, равная половине произведения массы тела на квадрат его скорости, называется кинетической энергией тела: 

Работа приложенной к телу равнодействующей силы равна изменению его кинетической энергии. 

Это утверждение называют теоремой о кинетической энергии. Теорема о кинетической энергии справедлива и в общем случае, когда тело движется под действием изменяющейся силы, направление которой не совпадает с направлением перемещения.

Кинетическая энергия – это энергия движения. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью  равна работе, которую должна совершить сила, приложенная к покоящемуся телу, чтобы сообщить ему эту скорость: 

Если тело движется со скоростью  то для его полной остановки необходимо совершить работу 

В физике наряду с кинетической энергией или энергией движения важную роль играет понятие потенциальной энергии или энергии взаимодействия тел.

Потенциальная энергия определяется взаимным положением тел (например, положением тела относительно поверхности Земли). Понятие потенциальной энергии можно ввести только для сил, работа которых не зависит от траектории движения и определяется только начальным и конечным положениями тела. Такие силы называются консервативными.

Работа консервативных сил на замкнутой траектории равна нулю. Это утверждение поясняет рисунок ниже

Свойством консервативности обладают сила тяжести и сила упругости. Для этих сил можно ввести понятие потенциальной энергии.

Работа консервативной силы A1a2 = A1b2. Работа на замкнутой траекторииA = A1a2 + A2b1 = A1a2 – A1b2 = 0

Если тело перемещается вблизи поверхности Земли, то на него действует постоянная по величине и направлению сила тяжести  Работа этой силы зависит только от вертикального перемещения тела. На любом участке пути работу силы тяжести можно записать в проекциях вектора перемещения  на ось OY, направленную вертикально вверх: 

ΔA = Fт Δs cos α = –mgΔs y,

где F_т = F_тy = –mg – проекция силы тяжести, Δs_y – проекция вектора перемещения. При подъеме тела вверх сила тяжести совершает отрицательную работу, так как Δs_y > 0. Если тело переместилось из точки, расположенной на высоте h₁, в точку, расположенную на высоте h₂ от начала координатной оси OY , то сила тяжести совершила работу 

A = –mg (h2 – h1) = –(mgh2 – mgh1).

Работа силы тяжести

Эта работа равна изменению некоторой физической величины mgh, взятому с противоположным знаком. Эту физическую величину называют потенциальной энергией тела в поле силы тяжести 

Она равна работе, которую совершает сила тяжести при опускании тела на нулевой уровень.

Если рассматривать движение тел в поле тяготения Земли на значительных расстояниях от нее, то при определении потенциальной энергии необходимо принимать во внимание зависимость силы тяготения от расстояния до центра Земли (закон всемирного тяготени). Для сил всемирного тяготения потенциальную энергию удобно отсчитывать от бесконечно удаленной точки, т. е. полагать потенциальную энергию тела в бесконечно удаленной точке равной нулю. Формула, выражающая потенциальную энергию тела массой m на расстоянии rот центра Земли, имеет вид: 

где M – масса Земли, G – гравитационная постоянная.

Понятие потенциальной энергии можно ввести и для силы упругости. Эта сила также обладает свойством консервативности. Растягивая (или сжимая) пружину, мы можем делать это различными способами.

Можно просто удлинить пружину на величину x, или сначала удлинить ее на 2x, а затем уменьшить удлинение до значения x и т. д. Во всех этих случаях сила упругости совершает одну и ту же работу, которая зависит только от удлинения пружины x в конечном состоянии, если первоначально пружина была недеформирована. Эта работа равна работе внешней силы A, взятой с противоположным знаком : 

где k – жесткость пружины. Растянутая (или сжатая) пружина способна привести в движение прикрепленное к ней тело, т. е. сообщить этому телу кинетическую энергию. Следовательно, такая пружина обладает запасом энергии. Потенциальной энергией пружины (или любого упруго деформированного тела) называют величину 

Потенциальная энергия упруго деформированного тела равна работе силы упругости при переходе из данного состояния в состояние с нулевой деформацией.

Если в начальном состоянии пружина уже была деформирована, а ее удлинение было равно x₁, тогда при переходе в новое состояние с удлинением x₂ сила упругости совершит работу, равную изменению потенциальной энергии, взятому с противоположным знаком: 

Потенциальная энергия при упругой деформации – это энергия взаимодействия отдельных частей тела между собой посредством сил упругости.

Свойством консервативности наряду с силой тяжести и силой упругости обладают некоторые другие виды сил, например, сила электростатического взаимодействия между заряженными телами. Сила трения не обладает этим свойством. Работа силы трения зависит от пройденного пути. Понятие потенциальной энергии для силы трения вводить нельзя.

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2.

Сумма кинетической и потенциальной энергии тел, составляющих замкнутую систему и взаимодействующих между собой посредством сил тяготения и сил упругости, остается неизменной.

Это утверждение выражает закон сохранения энергии в механических процессах. Он является следствием законов Ньютона. Сумму E = E_k + E_p называют полной механической энергией. Закон сохранения механической энергии выполняется только тогда, когда тела в замкнутой системе взаимодействуют между собой консервативными силами, то есть силами, для которых можно ввести понятие потенциальной энергии.

Пример применения закона сохранения энергии – нахождение минимальной прочности легкой нерастяжимой нити, удерживающей тело массой m при его вращении в вертикальной плоскости (задача Х. Гюйгенса). Рис. 1.20.1 поясняет решение этой задачи.

К задаче Христиана Гюйгенса.  – сила натяжения нити в нижней точке траектории

Закон сохранения энергии для тела в верхней и нижней точках траектории записывается в виде: 

Обратим внимание на то, что сила  натяжения нити всегда перпендикулярна скорости тела; поэтому она не совершает работы.

При минимальной скорости вращения натяжение нити в верхней точке равно нулю и, следовательно, центростремительное ускорение телу в верхней точке сообщается только силой тяжести: 

Из этих соотношений следует: 

Центростремительное ускорение в нижней точке создается силами  и  направленными в противоположные стороны: 

Отсюда следует, что при минимальной скорости тела в верхней точке натяжение нити в нижней точке будет по модулю равно 

Прочность нити должна, очевидно, превышать это значение.

Очень важно отметить, что закон сохранения механической энергии позволил получить связь между координатами и скоростями тела в двух разных точках траектории без анализа закона движения тела во всех промежуточных точках. Применение закона сохранения механической энергии может в значительной степени упростить решение многих задач.

В реальных условиях практически всегда на движущиеся тела наряду с силами тяготения, силами упругости и другими консервативными силами действуют силы трения или силы сопротивления среды.

Сила трения не является консервативной. Работа силы трения зависит от длины пути.

Если между телами, составляющими замкнутую систему, действуют силы трения, то механическая энергия не сохраняется. Часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую.

Этот экспериментально установленный факт выражает фундаментальный закон природы – закон сохранения и превращения энергии.

Одним из следствий закона сохранения и превращения энергии является утверждение о невозможности создания «вечного двигателя» (perpetuum mobile) – машины, которая могла бы неопределенно долго совершать работу, не расходуя при этом энергии

Один из проектов «вечного двигателя». Почему эта машина не будет работать?

История хранит немалое число проектов «вечного двигателя». В некоторых из них ошибки «изобретателя» очевидны, в других эти ошибки замаскированы сложной конструкцией прибора, и бывает очень непросто понять, почему эта машина не будет работать. Бесплодные попытки создания «вечного двигателя» продолжаются и в наше время. Все эти попытки обречены на неудачу, так как закон сохранения и превращения энергии «запрещает» получение работы без затраты энергии.

кинетической энергии | Определение и формула

Раскройте силы потенциальной энергии, кинетической энергии и трения за маятником напольных часов

Изменения потенциальной и кинетической энергии при качании маятника.

Encyclopædia Britannica, Inc. Посмотреть все видео по этой статье

Кинетическая энергия , форма энергии, которую объект или частица имеет в результате своего движения. Если работа, передающая энергию, выполняется с объектом путем приложения чистой силы, объект ускоряется и, таким образом, получает кинетическую энергию.Кинетическая энергия – это свойство движущегося объекта или частицы, которое зависит не только от его движения, но и от его массы. Вид движения может быть поступательным (или движением по пути из одного места в другое), вращением вокруг оси, вибрацией или любой комбинацией движений.

Популярные вопросы

Что такое кинетическая энергия?

Кинетическая энергия – это форма энергии, которую объект или частица имеет в результате своего движения. Если работа, передающая энергию, выполняется с объектом путем приложения чистой силы, объект ускоряется и, таким образом, получает кинетическую энергию.Кинетическая энергия – это свойство движущегося объекта или частицы, которое зависит не только от его движения, но и от его массы.

Какими способами определяется кинетическая энергия объекта?

Поступательная кинетическая энергия тела равна половине произведения его массы, m , и квадрата его скорости, v , или 1/2 mv ² . Для вращающегося тела момент инерции I соответствует массе, а угловая скорость (омега) ω соответствует линейной или поступательной скорости.Соответственно, кинетическая энергия вращения равна половине произведения момента инерции и квадрата угловой скорости, или 1/2 Iω ² .

Какие единицы энергии обычно связаны с кинетической энергией?

Для повседневных предметов единицей энергии в системе метр-килограмм-секунда является джоуль. Масса 2 кг (4,4 фунта на Земле), движущаяся со скоростью один метр в секунду (чуть больше двух миль в час), имеет кинетическую энергию в один джоуль.Единицей измерения в системе сантиметр-грамм-секунда является эрг, 10 ⁻⁷ джоулей, что эквивалентно кинетической энергии летящего комара. Электрон-вольт используется в атомном и субатомном масштабах.

Поступательная кинетическая энергия тела равна половине произведения его массы, m , и квадрата его скорости, v , или ¹ / ₂ mv ² .

Эта формула действительна только для низких и относительно высоких скоростей; для чрезвычайно высокоскоростных частиц он дает слишком маленькие значения.Когда скорость объекта приближается к скорости света (3 × 10 ⁸ метров в секунду, или 186 000 миль в секунду), его масса увеличивается, и необходимо использовать законы относительности. Релятивистская кинетическая энергия равна увеличению массы частицы по сравнению с массой в состоянии покоя, умноженной на квадрат скорости света.

Единицей энергии в системе метр-килограмм-секунда является джоуль. Двухкилограммовая масса (что-то весит 4,4 фунта на Земле), движущаяся со скоростью один метр в секунду (чуть более двух миль в час), имеет кинетическую энергию в один джоуль.В системе сантиметр-грамм-секунда единицей энергии является эрг, 10 ⁻⁷ джоулей, что эквивалентно кинетической энергии летящего комара. В определенных контекстах используются и другие единицы энергии, такие как еще меньшая единица, электрон-вольт, в атомном и субатомном масштабе.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Для вращающегося тела момент инерции I соответствует массе, а угловая скорость (омега) ω соответствует линейной или поступательной скорости.Соответственно, кинетическая энергия вращения равна половине произведения момента инерции на квадрат угловой скорости, или ¹ / ₂ Iω ² .

Полная кинетическая энергия тела или системы равна сумме кинетических энергий, возникающих в результате каждого типа движения. См. Механику : Вращение вокруг движущейся оси.

Факты о кинетической энергии для детей

Отправьте эту статью по электронной почте или поделитесь ею!

Когда что-то или кто-то движется, он обладает кинетической энергией.Когда вода или ветер движутся, они обладают кинетической энергией, и люди использовали ветер и воду для производства электроэнергии.

Итак, в наши дни у нас есть ветровая и гидроэнергетика, которую мы можем использовать всеми способами.

Мы используем электричество из кинетической энергии ветра и воды для вращения турбин, которые вырабатывают энергию для работы наших заводов, наших машин, наших домов и всех электроприборов в наших домах.

Без этого мы жили бы так, как жили наши прапрапрадеды, когда готовили на дровах и набивали воду из ручьев.

Откуда берется кинетическая энергия?

Вся кинетическая энергия начинается как потенциальная энергия. Неподвижные объекты или химические вещества, ожидающие объединения, принимают форму потенциальной энергии. При объединении химические вещества производят кинетическую энергию.

Вы когда-нибудь видели бутылку уксуса и коробку пищевой соды, стоящие на шкафу? Эти два химиката обладают потенциальной энергией; при их сочетании они шипят и вызывают беспокойство; это кинетическая энергия.

Припаркованный автомобиль с выключенным двигателем является примером потенциальной энергии.

Если зажигание включено, создается искра для воспламенения газа в двигателе, и теперь у вас есть кинетическая энергия, создаваемая взрывом в цилиндрах двигателя.

Другой пример преобразования потенциальной энергии в кинетическую – воздушный шар. Пока он сидит на земле с воздухом внутри, воздух обладает потенциальной энергией.

Когда этот воздух нагревается, он начинает двигаться и расширяться, заставляя воздушный шар подниматься.Теперь воздух и воздушный шар используют кинетическую энергию.

Итак, объект, который каким-то образом движется или изменяется, обладает кинетической энергией. Неважно, как он движется или меняется. Он может быть вертикальным, горизонтальным, поперечным, круговым или изменяющимся.

Вертикальная кинетическая энергия:

Это ракета, летящая в космос, водопад, падающий с высоты, подбрасывающий мяч в воздух, прыжки через скакалку, подбрасывание мяча вверх и вниз.

Горизонтальная кинетическая энергия:

Бег по дорожке, стреляющий стрелой в цель, питчер бросает бейсбольный мяч в отбивающее, отбивающий отбивает мяч в поле.

Расстояние кинетическая энергия:

Автомобиль или велосипед, путешествующий из точки A в точку B, ветер развевает листья по лужайке, газонокосилка едет по лужайке, вы толкаете газонокосилку.

Круговая кинетическая энергия – колеса автомобиля или мотоцикла движутся вперед, взбиватели яиц бьют по кругу, смерч с ветром, движущийся по кругу.

Некоторые из примеров кинетической энергии, которые вы можете придумать, на самом деле будут примерами комбинации различных кинетических энергий.

Например, торнадо имеет горизонтальную, дистанционную и круговую кинетическую энергию. Можете ли вы придумать еще примеры комбинированной кинетической энергии?

Викторина по кинетической энергии!

Вопросы:

Это то, как мы используем кинетическую энергию ветра или воды.

1. Какой кинетической энергией обладает торнадо?
2. В чем разница между потенциальной и кинетической энергией?
3. Приведите один пример того, как кинетическая энергия что-то меняет.
4. Как у взрыва есть кинетическая энергия?

Ответы:

1. Мы используем ветер или воду, чтобы вращать турбины для производства электроэнергии.
2. Торнадо имеет вертикальную, горизонтальную, дистанционную и круговую кинетическую энергию.
3. Объект, который не движется, обладает потенциальной энергией, а когда он движется, он имеет кинетическую энергию.
4. Ветер, обдувающий газон, заставляет лист перемещаться и меняет свое положение.
5. Кинетическая энергия взрыва может изменить внешний вид объекта или полностью его разрушить.

Физика

Факты об утилизации детей

фактов о кинетической энергии для детей (объяснение!)

Говорят, что когда кто-то находится в движении, он обладает кинетической энергией.

Это может быть вы, когда бежите по улице, велосипед, когда он движется, или даже ветер и вода в океане. Кинетическая энергия также включает все, что вращается или вибрирует.

• Увеличивает ли объект скорость или замедляется, он всегда сохраняет одинаковое количество кинетической энергии.
• Слово «кинетический» происходит от древнегреческого слова «кинезис», что переводится как «движение».

Известный философ Аристотель изучал концепцию кинетической энергии, но на самом деле заслуга лорда Кельвина в Англии за создание этого термина в его исследовании 1849 года.

• Есть два типа кинетической энергии: переходная и вращательная.
• Переходная кинетическая энергия зависит от движения в пространстве. Примером может быть питчер, бросающий бейсбольный мяч.Мяч содержит кинетическую энергию, полученную от питчера, бросающего мяч.
• Кинетическая энергия вращения зависит от движения объекта, центрированного на оси. Примером кинетической энергии вращения может быть вращение Земли.
• Если известны скорость и масса объекта, вы можете рассчитать кинетическую энергию

Кинетическая энергия измеряется в единицах, называемых «джоуль». Еще одна единица измерения энергии, известная как «ньютон» (названная в честь Исаака Ньютона), измеряется с помощью ньютон-метра.

• Чем быстрее движется объект, тем больше кинетической энергии он будет иметь.
• При понимании кинетической энергии направление не имеет значения. Объект может двигаться слева направо, справа налево, вверх и вниз или вниз и вверх; или любое направление.
• Интересная особенность кинетической энергии заключается в том, что когда скорость объекта удваивается, кинетическая энергия фактически увеличивается в четыре раза.
• Когда масса любого объекта удваивается, кинетическая энергия этого объекта также удваивается.

Когда объект сталкивается с другим объектом, как в случае удара бейсбольной битой по мячу, он передает свою кинетическую энергию альтернативному объекту. Бейсбольная бита передает свою кинетическую энергию мячу, и мяч затем движется в другом направлении, содержащем всю кинетическую энергию.

Любой объект, который тянут в гору, например, американские горки, получит потенциальную кинетическую энергию. Как только он достигает вершины, он обладает наибольшей потенциальной кинетической энергией.

Затем он начинает двигаться вниз по другую сторону американских горок и набирает скорость, а также кинетическую энергию. Забавно то, что спад – это как получение, так и потеря потенциальной энергии, поскольку она уже достигла максимума, когда находилась на вершине.

К тому времени, когда автомобиль американских горок достигает дна, он достигает большей части своей кинетической энергии, а также находится в точке наименьшей потенциальной энергии. Сообщить об этом объявлении

• Для того, чтобы объект мог получить или увеличить свою кинетическую энергию, с ним должна быть проделана какая-то работа.
• Большая часть кинетической энергии начинается как энергия другого типа, а затем преобразуется.

Чем больше у объекта масса, тем больше у него кинетической энергии. Если два объекта, такие как велосипед и автомобиль, движутся с одинаковой скоростью, автомобиль будет иметь большую кинетическую энергию, потому что он имеет большую массу.

Пример реакции: что наносит больший ущерб: автомобиль или мотоцикл, оба движутся с одинаковой скоростью, а затем ударяются о предмет?

Что такое кинетическая энергия? | Живая наука

Кинетическая энергия – это энергия движущейся массы.Кинетическая энергия объекта – это энергия, которую он имеет из-за своего движения.

В ньютоновской (классической) механике, которая описывает макроскопические объекты, движущиеся с небольшой долей скорости света, кинетическая энергия ( E ) движущегося массивного тела может быть рассчитана как половина его массы ( м ) умноженное на квадрат его скорости ( v ): E = ½ мв 2 . Обратите внимание, что энергия – это скаляр , величина , т.е. она не зависит от направления и всегда положительна.Когда мы удваиваем массу, мы удваиваем энергию; однако, когда мы удваиваем скорость, энергия увеличивается в четыре раза.

Приступайте к работе

Возможно, наиболее важным свойством кинетической энергии является ее способность выполнять работу . Работа определяется как сила, действующая на объект в направлении движения. Работа и энергия настолько тесно связаны, что могут быть взаимозаменяемыми. В то время как энергия движения обычно выражается как E = ½ mv ² , работа ( W ) чаще рассматривается как сила ( F ), умноженная на расстояние ( d ): W = Fd .Если мы хотим изменить кинетическую энергию массивного объекта, мы должны поработать с ним.

Например, чтобы поднять тяжелый объект, мы должны выполнить работу, чтобы преодолеть силу тяжести и переместить объект вверх. Если объект вдвое тяжелее, потребуется в два раза больше работы, чтобы поднять его на такое же расстояние. Также требуется вдвое больше работы, чтобы поднять один и тот же объект вдвое дальше. Точно так же, чтобы скользить по полу тяжелым предметом, мы должны преодолеть силу трения между предметом и полом.Требуемая работа пропорциональна весу объекта и расстоянию, на которое он перемещается. (Обратите внимание, что если вы несете пианино на спине по коридору, вы на самом деле не делаете никакой реальной работы.)

Потенциальная энергия

Кинетическая энергия может быть сохранена. Например, нужно потрудиться, чтобы поднять груз и поставить его на полку или сжать пружину. Что тогда происходит с энергией? Мы знаем, что энергия сохраняется, т.е. ее нельзя создать или уничтожить; его можно только преобразовать из одной формы в другую.В этих двух случаях кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию , потому что, хотя он на самом деле не выполняет работу, он имеет потенциал для выполнения работы. Если мы уроним объект с полки или отпустим пружину, эта потенциальная энергия снова преобразуется в кинетическую энергию.

Кинетическая энергия также может передаваться от одного тела к другому при столкновении, которое может быть упругим или неупругим . Одним из примеров упругого столкновения может быть удар одного бильярдного шара о другой.Игнорируя трение между шарами и столом или любое вращение битка, в идеале общая кинетическая энергия двух шаров после столкновения равна кинетической энергии битка до столкновения.

Примером неупругого столкновения может быть движущийся вагон поезда, который врезается в такой же неподвижный вагон и сцепляется с ним. Полная энергия останется прежней, но масса новой системы увеличится вдвое. В результате две машины продолжат движение в одном направлении с меньшей скоростью, так что mv ₂ ² = ½ mv ₁ ² , где m – масса одной машины, v ₁ – скорость первой машины, а v ₂ – скорость сцепленных машин после столкновения.Разделив на м и извлекая квадратный корень из обеих частей, получим v ₂ = √2 / 2 ∙ v ₁ . (Обратите внимание, что v ₂ ≠ ½ v ₁ .)

Кроме того, кинетическая энергия может быть преобразована в другие формы энергии и наоборот. Например, кинетическая энергия может быть преобразована в электрическую энергию генератором или в тепловую энергию тормозами автомобиля. И наоборот, электрическая энергия может быть преобразована обратно в кинетическую энергию с помощью электродвигателя, тепловая энергия может быть преобразована в кинетическую энергию с помощью паровой турбины, а химическая энергия может быть преобразована в кинетическую энергию с помощью двигателя внутреннего сгорания.

Джим Лукас – внештатный писатель и редактор, специализирующийся в области физики, астрономии и инженерии. Он является генеральным менеджером Lucas Technologies .

Работа, энергия и сила

Кинетическая энергия – это энергия движения. Объект, который движется – будь то вертикальное или горизонтальное движение – обладает кинетической энергией. Есть много форм кинетической энергии – колебательная (энергия, обусловленная колебательным движением), вращательная (энергия, обусловленная вращательным движением) и поступательная (энергия, обусловленная движением из одного места в другое).Чтобы не усложнять задачу, мы сосредоточимся на поступательной кинетической энергии. Количество поступательной кинетической энергии (далее фраза кинетическая энергия будет относиться к поступательной кинетической энергии), которую имеет объект, зависит от двух переменных: массы (m) объекта и скорости (v) объекта. Следующее уравнение используется для представления кинетической энергии (KE) объекта.

KE = 0,5 • м • v ²

где м = масса объекта

v = скорость объекта

Это уравнение показывает, что кинетическая энергия объекта прямо пропорциональна квадрату его скорости.Это означает, что при двукратном увеличении скорости кинетическая энергия увеличится в четыре раза. При трехкратном увеличении скорости кинетическая энергия увеличится в девять раз. А при четырехкратном увеличении скорости кинетическая энергия увеличится в шестнадцать раз. Кинетическая энергия зависит от квадрата скорости. Как часто говорят, уравнение – это не просто рецепт решения алгебраических задач, но и руководство к размышлениям о взаимосвязи между величинами.2.

1 Джоуль = 1 кг • м ² / с ²

Хотим предложить … Как скорость автомобиля (и, следовательно, его кинетическая энергия) влияет на расстояние, которое потребуется для его торможения до остановки? Взаимодействуйте, исследуйте и узнавайте ответ на этот вопрос с помощью нашей интерактивной программы «Расстояние остановки». Вы можете найти его в разделе Physics Interactives на нашем сайте.Интерактивная система «Тормозное расстояние» позволяет учащемуся исследовать влияние скорости на тормозной путь игрушечной машины.

Проверьте свое понимание

Используйте свое понимание кинетической энергии, чтобы ответить на следующие вопросы. Затем нажмите кнопку, чтобы просмотреть ответы.

1. Определите кинетическую энергию автомобиля американских горок массой 625 кг, движущегося со скоростью 18.3 м / с.

2. Если бы американские горки в описанной выше задаче двигались с удвоенной скоростью, то какова была бы его новая кинетическая энергия?

3. Мисси Дьюотер, бывшая ныряльщица с платформы цирка братьев Ринглинг, имела кинетическую энергию 12 000 Дж незадолго до того, как попала в ведро с водой. Если масса Мисси 40 кг, то какова ее скорость?

4.Компактный автомобиль массой 900 кг, движущийся со скоростью 60 миль / час, имеет около 320 000 Джоулей кинетической энергии. Оцените его новую кинетическую энергию, если он движется со скоростью 30 миль / час. (ПОДСКАЗКА: используйте уравнение кинетической энергии как «руководство к размышлению».)

Объяснение потенциальной и кинетической энергии

Энергия присутствует повсюду и бывает во многих формах, с двумя наиболее распространенными формами, известными как потенциальная энергия и кинетическая энергия. Хотя они очень разные с точки зрения того, как они взаимодействуют с физическим миром, у них есть определенные аспекты, которые делают их дополняющими друг друга. Но чтобы понять, как они работают, вам сначала нужно понять, что они собой представляют – и определение самой энергии.

Что такое потенциальная и кинетическая энергия?

Прежде чем понимать любую форму энергии, важно понять, что такое энергия на самом деле. Проще говоря, энергия – это способность совершать работу, когда к объекту прикладывается сила, и он перемещается на ^[1] .

Потенциальная энергия – один из двух основных типов энергии во Вселенной . Это довольно просто, хотя интуитивно немного сложно понять: это форма энергии, которая может выполнять работу, но не выполняет ее активно и не применяет силу к другим объектам. Потенциальная энергия объекта находится в его положении, а не в его движении. Это энергия позиции.

Когда объекты смещаются из положения равновесия, они получают энергию, которая была сохранена в объектах до того, как они были выбиты из равновесия из-за упругого отскока, силы тяжести или химических реакций.Лучше всего это демонстрируется на таком предмете, как лук лучника, в котором накапливается энергия, возникающая при натяжении тетивы. Потенциальная энергия, запасенная при откате, отвечает за энергию, возникающую при высвобождении, которая известна как кинетическая энергия.

Понять кинетическую энергию интуитивно проще, потому что более очевидно, что движущиеся объекты обладают энергией.

Кинетическая энергия создается при высвобождении потенциальной энергии , вызванной действием силы тяжести или упругих сил, среди других катализаторов.

Кинетическая энергия – это энергия движения н. Когда работа выполняется с объектом и он ускоряется, это увеличивает кинетическую энергию объекта. Наиболее важными факторами, определяющими кинетическую энергию, являются движение (измеряемое как скорость) и масса рассматриваемого объекта.

Хотя масса является универсальным измерением, движение объекта может происходить множеством различных способов, включая вращение вокруг оси, вибрацию, поступательное движение или любую комбинацию этих и других движений _[2] .

Есть три подкатегории кинетической энергии: колебательная, вращательная и поступательная.

Неудивительно, что кинетическая энергия колебаний вызывается вибрацией объектов. Вращательная кинетическая энергия создается движущимися объектами, в то время как поступательная кинетическая энергия вызывается объектами, сталкивающимися друг с другом.

Эти три подкатегории кинетической энергии включают почти всю энергию движения во всей известной Вселенной.

В чем разница между потенциальной и кинетической энергией?

Основное различие между потенциальной и кинетической энергией состоит в том, что одна энергия , что может быть , а другая – энергия , что равно .Другими словами, потенциальная энергия стационарна, а запасенная энергия должна быть высвобождена; кинетическая энергия – это энергия движения, активно использующая энергию для движения.

Еще одно важное отличие – скорость. Это измерение является основой кинетической энергии, но не имеет ничего общего с потенциальной энергией. Фактически, скорость является наиболее важной частью уравнения при определении количества кинетической энергии для любого данного объекта, и ее нет в уравнении потенциальной энергии ^[3] .

Какова связь между потенциальной и кинетической энергией?

Хотя эти первичные формы энергии очень разные, они дополняют друг друга.

Потенциальная энергия всегда приводит к кинетической энергии, когда она высвобождается. ^[4] , и кинетическая энергия необходима, чтобы позволить объекту сохранять энергию как потенциальную, тем или иным образом. Например, камню на краю обрыва не нужна кинетическая энергия, чтобы накапливать потенциальную энергию, которая отправит его вниз по разрушающемуся склону утеса.Но акт эрозии, чтобы довести камень до края, требует кинетической энергии. Следовательно, он необходим горной породе из-за своей потенциальной энергии.

Учитывая, что это две основные формы энергии в мире, особенно в человеческом масштабе, в повседневной жизни существует постоянное столкновение между потенциальной и кинетической энергией.

Каковы примеры потенциальной и кинетической энергии?

источник

Хотя определение как потенциальной, так и кинетической энергии может показаться довольно простым и понятным, все же не всегда легко определить, какая форма энергии присутствует для определенных объектов или процессов.

1) Планеты

Движение планет вокруг Солнца и других звезд в галактике – это работа кинетической энергии. Поскольку они притягиваются к большим объектам в центре их соответствующих орбит, из-за сильного гравитационного притяжения они падают к центру масс. Это приводит к орбитальному движению, а любое движение является формой кинетической энергии. ^[5]

2) Резинки

Резиновые ленты можно классифицировать как по потенциальной, так и по кинетической энергии, в зависимости от состояния ремешка.Когда резинка растягивается, она заряжается потенциальной энергией; при высвобождении происходит переход к кинетической энергии. Это особенно верно, если резинка переносит другой объект, например, камень, брошенный из рогатки. ^[6]

3) Реки

В реках действует строго кинетическая энергия. Вода постоянно движется, и все это движение постоянно создает кинетическую энергию. Единственный раз, когда река может иметь потенциальную энергию, – это если она будет перекрыта плотиной, а искусственный резервуар хранит энергию, которая будет использоваться при необходимости вдоль плотины гидроэлектростанции. ^[7]

4) Особые вариации

Существуют определенные вариации энергии в пределах как кинетической, так и потенциальной классификации энергии. В то время как некоторые вариации, такие как потенциальная энергия, запасенная в батареях, очевидны, другие не так легко идентифицировать.

Что такое потенциальная энергия электрона?

Электроны находятся в движении, поэтому они содержат кинетическую энергию. Это один из лучших примеров нефизического объекта, несущего кинетическую энергию.

Тем не менее, все еще можно определить потенциальную энергию, которую хранит электрон. Чтобы найти эту потенциальную энергию, требуется сложная формула ^[8] :

U (r) = -qeV (r) = -keqe2 / r

Полная энергия является суммой кинетической энергии электрона. энергии и ее потенциальной энергии, которая представлена ​​еще более сложной формулой [8]:

KE (r) + PE (r) = – ½keqe2 / r = (- ½) (9 * 109) (1.60 * 10-19) / (5,29 * 10-11) Дж = -2.18 * 10-18 Дж

Какая у батареи кинетическая или потенциальная энергия?

Батареи – это форма химической энергии, в которой энергия хранится в связях молекул, содержащихся в кислоте батареи в их ядре. Ключевым словом здесь является «хранимая», что означает, что батареи представляют собой форму потенциальной энергии, поэтому вся химическая энергия классифицируется как ^{[ 9 ]} . Биотопливо и ископаемое топливо – другие примеры накопленной химической энергии.

Электрическая энергия потенциальная или кинетическая?

Электрическая энергия классифицируется как потенциальная энергия до того, как она высвобождается и используется в форме энергии, которая чаще всего используется и используется в качестве электричества. ^[10] .Однако после преобразования из своего потенциального состояния электрическая энергия может стать одним из подтипов кинетической энергии, включая, среди прочего, движение или звук.

Является ли звуковая энергия потенциальной или кинетической?

Звук можно рассматривать одновременно как обе формы энергии, хотя в основном мы воспринимаем его в кинетической форме. Звуковая энергия в воздухе, которая создается продольными волнами, которые создают движение в молекулах газа, является кинетической. В твердых телах и жидкостях, которые переносят звук намного дальше, чем через воздух, действует как кинетическая, так и потенциальная энергия. ^{[11 ]}

Тепловая энергия потенциальная или кинетическая?

Технически тепловая энергия является одновременно двумя формами энергии. Фактически, тепловая энергия – это, по сути, звуковые волны, которые беспорядочно движутся вокруг и заставляют молекулы сталкиваться друг с другом при нагревании ^{[12 ]} . Движение этих молекул является примером нефизических объектов, создающих кинетическую энергию.

Является ли энергия излучения потенциальной или кинетической?

Лучистая энергия – это подкатегория кинетической энергии.Он образуется из электромагнитной энергии, перемещающейся волнами по всему электромагнитному спектру. Подобно электрону, упомянутому выше, это еще одна форма кинетической энергии, переносимой нефизическим объектом. ^[13]

Варианты потенциальной энергии

источник

Потенциальная энергия может быть разбита на две подформы энергии. Каждая из этих подчиненных форм – это типы накопленной потенциальной энергии. Но методы их хранения и выпуска сильно различаются.

Что такое потенциальная химическая энергия?

Химическая потенциальная энергия хранится в молекулярных связях, которые также известны как химические связи. Когда эти связи разрываются, сохраненная потенциальная энергия высвобождается и выделяет кинетическую энергию разной степени, в зависимости от прочности связей. ^[14]

Что такое гравитационная потенциальная энергия?

Гравитационная потенциальная энергия сохраняется в объекте из-за способности силы тяжести перемещать его и притягивать к Земле.Количество накопленной потенциальной гравитационной энергии напрямую зависит от массы объекта и, что более важно, от его высоты над землей. ^[15]

Наука

Две подформы потенциальной энергии, о которых говорилось выше, действуют в основном через две основные области науки. Однако механизм, который управляет потенциальной энергией в сфере физики, сильно отличается от механизма, который управляет в сфере химии.

Что такое потенциальная энергия в физике?

В физике потенциальная энергия имеет форму гравитационной потенциальной энергии.Гравитация, пожалуй, самый важный элемент физики, поскольку она является основой общей теории относительности, на которой основан весь современный мир. С точки зрения физики, именно эта сила создала потенциальную энергию. ^[16]

Что такое потенциальная энергия в химии?

В области химии потенциальная энергия находится в форме химической потенциальной энергии. Это энергия, хранящаяся в молекулярных связях, которая является основой химии и химических реакций. Сохраненная потенциальная энергия высвобождается в результате этих химических реакций. ^[15]

Каковы формулы для кинетической энергии и потенциальной энергии?

Формулы для потенциальной и кинетической энергии довольно просты, но отнюдь не просты.

Кинетическая энергия может быть найдена по формуле: KE = 12mv2

• m = масса (кг)
• v = скорость (м / с)

Гравитационный потенциал энергию можно найти по формуле: W = m × g × h = mgh

• m = масса (кг)
• g = ускорение, вызванное гравитационным полем (9.8 м / с2)

Упругая потенциальная энергия может быть найдена по формуле: U = 12kx2

• k = постоянная силы пружины
• x = длина растяжения (м)

Единицы, используемые для Измерение каждой из этих форм энергии такое же, как и для всех других форм энергии: Джоуль (Дж), который равен 1 кг.м2.с-2. ^[17]

Энергия повсюду

Вы узнали о нескольких формах энергии – вместе с некоторыми подходящими примерами – но есть гораздо больше, что необходимо охватить, чтобы полностью понять концепцию энергии.

Однако понимание двух основных форм энергии, которые пронизывают не только повседневную жизнь, но и суть физики во всей Вселенной, является хорошей отправной точкой и закладывает основу для любого более глубокого погружения в природу самой энергии.

Обязательно нужно помнить только о двух вещах: неподвижных объектов с накопленной энергией обладают потенциалом, а движущиеся объекты – кинетическими .

Привезено вам таранэнергия.com

Источники:

[1] Основные понятия в химии. Что такое энергия и почему она определяется как способность выполнять работу? https://masterconceptsinchemistry.com/index.php/2017/12/18/whats-energy-defined-ability-work/. По состоянию на 16 ноября 2020 г.

[2] Придди Б. Что означает кинетическая энергия? https://sciencing.com/meaning-kinetic-energy-6646801.html. Опубликовано 2 марта 2019 г. Проверено 9 ноября 2020 г.

[3] Work, Energy, and Power.Кабинет физики. https://www.physicsclassroom.com/Class/energy/u5l1c.cfm. По состоянию на 9 ноября 2020 г.

[4] Energy: Potential and Kinetic Energy. Infoplease. https://www.infoplease.com/encyclopedia/science/physics/concepts/energy/potential-and-kinetic-energy. По состоянию на 9 ноября 2020 г.

[5] Fenio, B. Rolling Race: A Spinning Science Activity. Опубликовано 23 марта 2017 г. https://www.scientificamerican.com/article/rolling-race/. По состоянию на 15 ноября 2020 г.

[6] Science World.Упругая энергия. https://www.scienceworld.ca/resource/elastic-energy/. По состоянию на 16 ноября 2020 г.

[7] University of Calgary Energy Education. Энергия из воды. https://energyeducation.ca/encyclopedia/Energy_from_water. По состоянию на 15 ноября 2020 г.

[8] Университет Теннесси, Ноксвилл. Электрический потенциал. http://labman.phys.utk.edu/phys222core/modules/m2/Electric%20potential.html#:~:text=The%20potential%20energy%20of%20the,2.18*10%2D18%20J. По состоянию на 15 ноября 2020 г.

[9] Dusto A.Потенциальная энергия: что это такое и почему (с формулами и примерами). Наука. https://sciencing.com/potential-energy-what-is-it-why-it-matters-w-formula-examples-13720804.html. Опубликовано 5 декабря 2019 г. По состоянию на 10 ноября 2020 г.

[10] Агентство энергетической информации США. Формы энергии. https://www.eia.gov/energyexplained/what-is-energy/forms-of-energy.php. По состоянию на 15 ноября 2020 г.

[11] Звуковые волны и музыка – Урок 1 – Природа звуковой волны: звук как продольная волна https: // www.Physicsclassroom.com/class/sound/Lesson-1/Sound-as-a-Longitudinal-Wave, по состоянию на 15 ноября 2020 г.

[12 Физический факультет Иллинойского университета. Вопросы и ответы: кинетика и потенциал. https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=1768&t=kinetic-and-potential#:~:text=Sound%3A%20In%20a%20solid%2C%20this,microscopic%20scale % 20of% 20moving% 20molecules .. По состоянию на 15 ноября 2020 г.

[13] Solar Schools. Энергия излучения. https://www.solarschools.net/knowledge-bank/energy/types/radiant.По состоянию на 15 ноября 2020 г.

[14] CK-12. Химическая потенциальная энергия. https://www.ck12.org/chemistry/chemical-potential-energy/lesson/Chemical-Potential-Energy-CHEM/. По состоянию на 15 ноября 2020 г.

[15] Solar Schools. Гравитационная энергия. https://www.solarschools.net/knowledge-bank/energy/types/gravitational. По состоянию на 15 ноября 2020 г.

[16] Hyperphysics. Гравитационно потенциальная энергия. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/gpot.html. По состоянию на 16 ноября 2020 г.

[17] Кинетическая и потенциальная энергия. Кинетическая и потенциальная энергия – веб-формулы. https://www.web-formulas.com/Physics_Formulas/Kinetic_Potential_Energy.aspx. По состоянию на 9 ноября 2020 г.

Все изображения лицензированы Adobe Stock.
Featured image:

Объяснение потенциальной и кинетической энергии

Energy – увлекательная концепция. Его нельзя ни создать, ни уничтожить, но его можно изменить. Когда вы используете или накапливаете энергию, вы имеете дело с потенциальной или кинетической энергией. Читайте дальше, мы обсудим эти две формы энергии более подробно и исследуем взаимосвязь между ними.

Что такое потенциальная и кинетическая энергия и в чем их разница?

Для выполнения любой работы вам нужно энергии. , поэтому способность выполнять любую работу – это энергия.

Прочтите это еще раз.

Потенциальная и кинетическая энергия – это две формы энергии, которые могут быть преобразованы друг в друга . Потенциальная энергия может быть преобразована в кинетическую энергию и наоборот.

источник

Потенциальная энергия – это энергия, накопленная в любом объекте или системе в силу ее положения или расположения частей. Однако на него не влияет окружающая среда за пределами объекта или системы, такая как воздух или высота.

С другой стороны, кинетическая энергия – это энергия движущегося объекта или частиц системы. В отличие от потенциальной энергии, кинетическая энергия объекта относится к другим неподвижным и движущимся объектам, присутствующим в его непосредственном окружении.Например, кинетическая энергия объекта будет выше, если объект расположен на большей высоте.

Потенциальная энергия не передается и зависит от высоты, расстояния и массы объекта. Кинетическая энергия может передаваться от одного движущегося объекта к другому (вибрация и вращение) и зависит от скорости или скорости и массы объекта.

Давайте объясним P.E и K.E на примере.

Представьте, что у вас в руке молоток.Когда вы поднимете молот выше, он будет иметь потенциальную энергию. Но когда вы бросаете молоток вниз и ударяете по поверхности стола, он приобретает кинетическую энергию.

Здесь следует отметить три интересных момента.

Во-первых, поднятый молот имеет большую потенциальную энергию, так как он может подниматься выше или ниже. Во-вторых, когда вы ударяете молотком по столу, сохраненная потенциальная энергия преобразуется в кинетическую при падении молотка. (Это падающий молот, обладающий кинетической энергией.) В-третьих, как только молоток ударяется о стол, энергия меняется. Таким образом, стационарный молот накапливает энергию в виде потенциальной энергии.

Как показывает этот пример, энергия не разрушается и не теряется в течение всего процесса – она ​​только изменяется от одной формы к другой, доказывая закон сохранения энергии. ^[1]

Какова связь между потенциальной и кинетической энергией?

Теперь вы знаете, что потенциальная энергия – относительная позиция , а кинетическая энергия – относительная движения.

Основная взаимосвязь между ними – их способность трансформироваться друг в друга. Другими словами, потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, а кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию, а затем снова в . Это бесконечный цикл.

Давайте возьмем другой пример. Представьте, что на столе лежит книга.

Когда книга покоится, она обладает потенциальной энергией. Но когда вы случайно сбили ее со стола, эта потенциальная энергия превратится в кинетическую энергию, когда книга упадет, поскольку она находится в движении.Однако, как только книга упадет на пол, эта энергия движения снова преобразуется в потенциальную. ^[2]

Каковы примеры потенциальной энергии?

источник

Существует три основных типа потенциальной энергии: упругая потенциальная энергия, гравитационная потенциальная энергия и химическая потенциальная энергия. ^[3]

Упругая потенциальная энергия хранится в объектах, которые можно растягивать или сжимать.Чем больше объект растягивается или сжимается, тем больше у него упругой потенциальной энергии. Классический пример – эластичная резинка. Хотя он уже имеет больше потенциальной энергии, чем дальше вы его растягиваете, тем выше будет упругая потенциальная энергия. ^[4]

Вы также должны знать, что потенциальная энергия гравитации и потенциальная энергия упругой энергии могут быть дифференцированы еще больше на основе механической энергии.

Например, автомобиль, припаркованный на вершине холма, является примером механической гравитационной потенциальной энергии, поскольку у автомобиля есть возможность спуститься с холма.То же самое и с американскими горками, которые останавливаются в самой высокой точке рельсов. ^[5]

С другой стороны, когда лучник натягивает лук перед прицеливанием, натянутая тетива имеет больше механической упругой потенциальной энергии, которая высвобождается, когда стрела выходит из лука.

Мы обсудим потенциальную энергию гравитации и химическую потенциальную энергию более подробно позже.

Конкретные варианты:

Теперь, когда мы рассмотрели основы, пора сосредоточиться на деталях.Ниже мы объясним некоторые из наиболее распространенных форм энергии, чтобы показать, почему они обладают потенциальной или кинетической энергией.

Что такое потенциальная энергия электрона?

источник

Все во Вселенной состоит из атомов . Эти атомы состоят из протонов, нейтронов и электронов, которые дают им возможность передавать кинетическую энергию.

У каждого атома есть ядро, вокруг которого вращаются электроны. Поскольку эти электроны всегда находятся в движении, они обладают кинетической энергией.Но все меняется, хотя и временно, когда вы прикладываете к атому давление или энергию. ^[6]

Видите ли, кинетическая энергия электронов увеличивается при приложении давления, заставляя их двигаться быстрее, в конечном итоге заставляя их прыгать на более широкую орбиту. После этого у каждого электрона будет накопленная энергия, которая станет его потенциальной энергией.

Поскольку все это устройство носит временный характер, электрон высвобождает эту потенциальную энергию, преобразовывая ее в кинетическую энергию, возвращаясь на свою ранее меньшую орбиту.Вот почему полная энергия электрона равна сумме его потенциальной энергии и кинетической энергии . ^[7]

Является ли аккумулятор кинетической или потенциальной энергией?

Батарея – это форма потенциальной энергии. Чтобы объяснить это, нам нужно немного углубиться в технические детали.

Батарея накапливает электрическую потенциальную энергию, когда электроны движутся от катода к аноду. Так заряжается аккумулятор.

Когда электроны движутся в другом направлении, они преобразуют эту химическую потенциальную энергию в электрическую цепь, тем самым разряжая батарею. ^[8] Итак, в аккумуляторе есть вся потенциальная энергия.

Электрическая энергия потенциальная или кинетическая?

Электрическая энергия может быть потенциальной или кинетической. , поскольку она создается из потока электрического заряда.

Продолжая пример с аккумулятором, мы знаем, что он имеет электрическую потенциальную энергию во время зарядки. Но как только вы прикладываете силу к батарее, заряженные частицы начинают выполнять некоторую работу, преобразовывая потенциальную энергию в кинетическую.

Точно так же, когда вы включаете свет, потенциальная энергия проходит по вашей проводке и преобразуется в свет и тепло, которые являются формами кинетической энергии. ^[9]

Является ли энергия звука потенциальной или кинетической?

Так же, как и электрическая энергия, звуковая энергия может быть не только кинетической, но и потенциальной. Но прежде чем вдаваться в подробности, давайте разберемся, что такое звуковая энергия.

Звуковая энергия – это энергия, выделяемая вибрирующими объектами.Однако звук – это волна, которая проходит через среду, например воздух, что позволяет ей накапливать кинетическую и потенциальную энергию. ^{[10, 11]}

Например, когда вы играете на барабанах, они вибрируют в результате излучаемых звуковых волн. Эти волны колеблются и перемещаются, создавая кинетическую энергию. Но когда барабаны остаются нетронутыми, они обладают большей потенциальной энергией, поскольку оборудование не движется и может издавать звук.

Тепловая энергия потенциальная или кинетическая?

Тепловая энергия – это просто модное слово для обозначения тепловой энергии.Это форма как потенциальной, так и кинетической энергии.

Если вы помните, электроны атома обладают потенциальной энергией. Как только вы оказываете давление на электроны, они начинают быстро двигаться, сталкиваясь друг с другом и выделяя тепловую энергию в виде тепла.

Подумайте немного о кипящей воде. Вода, помещенная на плиту, обладает потенциальной энергией. Но как только вода начинает нагреваться, молекулы воды начинают двигаться быстрее, создавая кинетическую энергию.

Тепловая потенциальная энергия – это потенциальная энергия на атомном и молекулярном уровнях, когда частицы показывают потенциал преобразования в кинетическую энергию.С другой стороны, тепловая кинетическая энергия – это когда атомы и молекулы начинают двигаться из-за тепла и температуры. ^[12]

Является ли излучаемая энергия потенциальной или кинетической?

Радиантная энергия – это форма кинетической энергии, которая создается при перемещении электромагнитных волн в космосе. Вы можете удивиться, узнав, что Солнце – один из крупнейших источников лучистой энергии на нашей планете. ^[13]

Помните то теплое чувство, которое возникает, когда вы выходите из-под солнца? Наша кожа касается лучистой энергии солнца.Точнее, электромагнитные волны заставляют молекулы нашей кожи двигаться быстрее, что, в свою очередь, создает кинетическую энергию. ^[14]

Вариации потенциальной энергии

Существует шесть типов потенциальной энергии: механическая энергия, электрическая энергия, химическая энергия, лучистая энергия, ядерная энергия и тепловая энергия. ^[15]

Тем не менее, наше основное внимание здесь уделяется потенциальной химической потенциальной энергии и гравитационной потенциальной энергии.

Что такое потенциальная химическая энергия?

Химическая потенциальная энергия – это запасенные химические связи вещества. Когда вы заряжаете аккумулятор, аккумулятор накапливает потенциальную химическую энергию, которая позже преобразуется в электрическую. ^[16]

Определить гравитационную потенциальную энергию

Гравитационное поле Земли отвечает за гравитационную потенциальную энергию. Британская радиовещательная корпорация описывает эту форму потенциальной энергии как энергию, которую объект имеет в силу своего положения над поверхностью Земли. ^[17]

Вы, наверное, заметили, что когда человек ныряет, он всегда приземляется с большей силой, выплескиваясь в бассейн.

* Введите гравитацию Земли *

Сила тяжести использует вес дайвера для выработки кинетической энергии (ныряющего движения), которая заставляет дайвера плескаться в бассейне. Итак, когда дайвер стоит наверху трамплина, это его гравитационная потенциальная энергия, которая затем преобразуется в кинетическую энергию, когда он прыгает с трамплина.

Наука

С учетом специфики и вариаций, давайте рассмотрим энергию дальше, рассмотрев, как потенциальная энергия описывается в других формах исследований.

Что такое потенциальная энергия в физике?

В физике потенциальная энергия – это энергия, запасенная в объекте из-за его положения относительно некоторого нулевого положения, которое является произвольно назначенным положением, таким как земля. [18] Он придерживается нескольких законов, связанных с физикой, таких как закон сохранения энергии и первый закон термодинамики, которые гласят, что энергия всегда сохраняется и не может быть создана или уничтожена. ^[19]

Что такое потенциальная энергия в химии?

Химическая потенциальная энергия – это энергия, запасенная в химических связях вещества, которая распадается в результате различных химических реакций. Вновь произведенная химическая энергия используется разными способами, также известными как работа. ^[20]

Работа – это энергия в движении. Следовательно, химическая потенциальная энергия остается верной основному закону: потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию и никогда не создается и не разрушается.

Что такое формула кинетической энергии и потенциальной энергии?

Потенциальная энергия и кинетическая энергия измеряются в джоулях (Дж), названы в честь английского математика Джеймса Прескотта Джоуля. Но у них разные формулы в отношении их разных атрибутов.

Потенциальная энергия зависит от силы, действующей на два объекта, поэтому ее формула: ^[21]

Потенциальная энергия = mgh

• м – масса в килограммах
• g – ускорение свободного падения
• h – высота в метрах
  

Кинетическая энергия прямо пропорциональна массе объекта и квадрату его скорости.Подставляя это в формулу ^[22] , получаем:

Кинетическая энергия = 1/2 м²

• м – масса в килограммах
• v – скорость в метрах в секунду

Потенциальная и кинетическая энергия необходимы

источник

Потенциальная энергия и кинетическая энергия – неотъемлемая часть нашей повседневной жизни. От простых вещей, таких как чистка зубов, до того, чтобы просто стоять – все, что мы делаем, задействует оба вида энергии.

Вы найдете различные формы энергии, от тепловой до звуковой и электрической. Но если есть что-то общее: вы можете разделить все это на категории потенциальной энергии или кинетической энергии, а иногда и того и другого.

Кинетическая энергия и потенциальная энергия y также играют решающую роль в озеленении нашей Земли, поскольку они помогают создавать возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра. Короче говоря, мы никогда не будем иметь дело с этими формами энергии , , тем более что энергия никогда не теряется – она ​​только меняет форму.

Принесено вам justenergy.com

Источники:

1. Закон сохранения энергии. Энергетическое образование. https://energyeducation.ca/encyclopedia/Law_of_conservation_of_energy. Обновлено 28 апреля 2020 г. Проверено 10 ноября 2020 г.
   

2. Потенциальная энергия. Science Daily. https://www.sciencedaily.com/terms/potential_energy.htm. По состоянию на 10 ноября 2020 г.
   

3. Типы потенциальной энергии.chemKinetics. http://chemsite.lsrhs.net/chemKinetics/PotentialEnergy.html. По состоянию на 10 ноября 2020 г.
   

4. Типы потенциальной энергии. chemKinetics. http://chemsite.lsrhs.net/chemKinetics/PotentialEnergy.html. По состоянию на 10 ноября 2020 г.
   

5. Примеры потенциальной энергии. Ваш словарь. https://examples.yourdictionary.com/examples-of-potential-energy.html. По состоянию на 10 ноября 2020 г.
   

6. Яркая буря.Кинетическая и потенциальная энергия атомов. https://www.brightstorm.com/science/physics/heat-and-thermodynamics/kinetic-and-potential-energy-of-atoms. По состоянию на 10 ноября 2020 г.
   

7. Спросите Итана: что такое электрон. Forbes. https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2019/04/06/ask-ethan-what-is-an-electron/?sh=438a769a3b4d. Обновлено 6 апреля 2019 г. Проверено 10 ноября 2020 г.
   

8. Электрический ток. Люмен. https://courses.lumenlearning.com/boundless-physics/chapter/electric-current/.По состоянию на 10 ноября 2020 г.
   

9. ThoughtCo. Как работает электроэнергия? https://www.oughttco.com/electrical-energy-definition-and-examples-4119325. Обновлено 8 июня 2019 г. Проверено 10 ноября 2020 г.
   

10. Примеры звуковой энергии. Ваш словарь. https://examples.yourdictionary.com/examples-of-sound-energy.html. По состоянию на 10 ноября 2020 г.
    

11. Звуковая энергия. Солнечные школы. https: //www.solarschools.сеть / банк знаний / энергия / типы / звук. По состоянию на 10 ноября 2020 г.
    

12. Звуковая энергия. Солнечные школы. https://www.solarschools.net/knowledge-bank/energy/types/thermal. По состоянию на 10 ноября 2020 г.
    

13. Солнечные школы. Энергия излучения. https://www.solarschools.net/knowledge-bank/energy/types/radiant. По состоянию на 10 ноября 2020 г.
    

14. Солнечные школы. Энергия излучения. https://www.solarschools.net/knowledge-bank/energy/types/radiant.По состоянию на 10 ноября 2020 г.
    

15. Подробнее об энергии. Центр глины. https://www.theclaycenter.org/wp-content/uploads/2016/10/Energy-Curriculum-Forms.pdf. Обновлено в октябре 2016 г. Проверено 5 ноября 2020 г.
    

16. Примеры потенциальной энергии. Ваш словарь. https://examples.yourdictionary.com/examples-of-potential-energy.html. По состоянию на 10 ноября 2020 г.
    

17. Энергия. BBC. https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zq2csrd/revision/4.По состоянию на 10 ноября 2020 г.
    

18. Потенциальная энергия. Физика Игровая. https://www.physicsclassroom.com/class/energy/Lesson-1/Potential-Energy#:~:text=To%20summarize%2C%20potential%20energy%20is,или%20below)%20the%20zero%20height. По состоянию на 10 ноября 2020 г.
    

19. Закон термодинамики. Горный общественный колледж Эстрелла.