נוסחה למציאת אנרגיה. כיצד מחושבת הנוסחה לאנרגיה קינטית ופוטנציאלית

העולם מסביב נמצא בתנועה מתמדת. כל גוף (חפץ) מסוגל לעשות עבודה כלשהי, גם אם הוא במנוחה. אבל לכל תהליך שיתרחש, להתאמץ קצת, לפעמים ניכר.

בתרגום מיוונית, משמעות המונח הזה היא "פעילות", "כוח", "כוח". כל התהליכים על פני כדור הארץ ומעבר לכוכב הלכת שלנו מתרחשים בגלל הכוח הזה, שנמצא ברשות החפצים, הגופים, העצמים שמסביב.

בקשר עם

בין המגוון הרחב, ישנם מספר סוגים עיקריים של כוח זה, הנבדלים בעיקר במקורותיהם:

• מכני - סוג זה אופייני לגופים הנעים במישור אנכי, אופקי או אחר;
• תרמי - משתחרר כתוצאה מכך מולקולות לא מסודרותבחומרים;
• - המקור לסוג זה הוא תנועת חלקיקים טעונים במוליכים ובמוליכים למחצה;
• אור - הנשא שלו הוא חלקיקי אור - פוטונים;
• גרעיני - נוצר כתוצאה מביקוע שרשרת ספונטני של גרעיני אטומים של יסודות כבדים.

מאמר זה ידון מהו הכוח המכני של עצמים, ממה הוא מורכב, במה הוא תלוי וכיצד הוא משתנה במהלך תהליכים שונים.

הודות לסוג זה, חפצים, גופים יכולים להיות בתנועה או במנוחה. אפשרות לפעילות כזו מוסבר על ידי הנוכחותשני מרכיבים עיקריים:

• קינטי (Ek);
• פוטנציאל (En).

סכום האנרגיות הקינטיות והפוטנציאליות הוא שקובע את האינדקס המספרי הכולל של המערכת כולה. עכשיו על אילו נוסחאות משמשות לחישוב כל אחת מהן, וכיצד מודדים אנרגיה.

כיצד לחשב אנרגיה

אנרגיה קינטית היא מאפיין של כל מערכת נמצא בתנועה. אבל איך למצוא אנרגיה קינטית?

זה לא קשה לעשות זאת, מכיוון שנוסחת החישוב של אנרגיה קינטית פשוטה מאוד:

הערך הספציפי נקבע על ידי שני פרמטרים עיקריים: מהירות הגוף (V) והמסה שלו (m). ככל שמאפיינים אלה גדולים יותר, כך גדל ערכה של התופעה המתוארת.

אבל אם העצם לא זז (כלומר v = 0), אז האנרגיה הקינטית היא אפס.

אנרגיה פוטנציאלית – היא תכונה שתלויה בה עמדות וקואורדינטות של גופים.

כל גוף נתון לכוח הכבידה ולהשפעה של כוחות אלסטיים. אינטראקציה כזו של עצמים זה עם זה נצפית בכל מקום, כך שהגופים נמצאים בתנועה מתמדת, משנים את הקואורדינטות שלהם.

נקבע שככל שהאובייקט גבוה יותר מפני השטח של כדור הארץ, כך המסה שלו גדולה יותר, כך גדל האינדיקטור של זה. גודל שיש לו.

לפיכך, האנרגיה הפוטנציאלית תלויה במסה (m), גובה (h). הערך g הוא תאוצת הנפילה החופשית השווה ל-9.81 m/s2. הפונקציה לחישוב הערך הכמותי שלה נראית כך:

יחידת המדידה של כמות פיזית זו במערכת SI היא ג'ול (1 J). זה כמה כוח צריך כדי להזיז את הגוף 1 מטר, תוך הפעלת כוח של 1 ניוטון.

חָשׁוּב!הג'ול כיחידת מדידה אושר בקונגרס הבינלאומי של חשמלאים, שנערך ב-1889. עד אז, תקן המדידה היה היחידה התרמית הבריטית BTU, המשמשת כיום לקביעת הספק של מתקנים תרמיים.

יסודות שימור ושינוי

ידוע מיסודות הפיזיקה שהכוח הכולל של כל עצם, ללא קשר לזמן ומקום שהותו, נשאר תמיד ערך קבוע, רק מרכיביו הקבועים (Ep) ו-(Ek) עוברים טרנספורמציה.

המעבר של אנרגיה פוטנציאלית לקינטיתולהיפך מתרחש בתנאים מסוימים.

לדוגמה, אם עצם אינו זז, אז האנרגיה הקינטית שלו היא אפס, רק הרכיב הפוטנציאלי יהיה קיים במצבו.

ולהיפך, מהי האנרגיה הפוטנציאלית של העצם, למשל, כאשר הוא על פני השטח (h=0)? כמובן, הוא אפס, ו-E של הגוף יהיה מורכב רק מהרכיב שלו Ek.

אבל אנרגיה פוטנציאלית כן כוח נהיגה. זה הכרחי רק שהמערכת תעלה לגובה מסוים, לאחר מכן מהה-EP שלו יתחיל מיד לעלות, ו-Ek בערך כזה, בהתאמה, יקטן. דפוס זה נראה בנוסחאות לעיל (1) ו-(2).

לשם הבהירות, ניתן דוגמה עם אבן או כדור שזורקים למעלה. במהלך הטיסה לכל אחד מהם יש גם מרכיב פוטנציאלי וגם מרכיב קינטי. אם אחד גדל, אז השני יורד באותה כמות.

הטיסה כלפי מעלה של עצמים נמשכת רק כל עוד יש מספיק רזרבה וכוח לרכיב תנועת Ek. ברגע שהוא התייבש, הנפילה מתחילה.

אבל מהי האנרגיה הפוטנציאלית של עצמים בנקודה הגבוהה ביותר, קל לנחש, זה מקסימום.

כשהם נופלים, קורה ההיפך. כאשר נוגעים בקרקע, רמת האנרגיה הקינטית שווה למקסימום.

פעולתו של חוק זה נצפה לא רק בחיים הרגילים, אלא גם בתיאוריות מדעיות. בקצרה על אחד מהם.

מכיוון שאין אינטראקציה בין חלקיקים רבים של גז אידיאלי, המרכיב הפוטנציאלי של התופעה המתוארת של מולקולות כל הזמן אפס. משמעות הדבר היא שכל הכוח הפנימי של חלקיקים של גז אידיאלי מוגדר ככוח הקינטי הממוצע ומחושב באמצעות הנוסחה לעיל (1).

תשומת הלב!כיום, על השולחנות ניתן לראות מזכרת בשם "מטוטלת". מכשיר זה מדגים בצורה מושלמת את תהליך ההמרה. אם לוקחים את הכדור הקיצוני הצידה ואז משחררים אותו, לאחר ההתנגשות הוא מעביר את מטען האנרגיה שלו לכדור הבא, וזה לשכנו.

סוגי אנרגיה בפיזיקה

אנרגיות קינטיות ופוטנציאליות, נוסחאות

סיכום

לשאלה, למשל, כיצד למצוא אנרגיה קינטית, ענו מדענים זה מכבר. כבר באמצע המאה ה- XIX. המכונאי האנגלי וויליאם תומסון השתמש בהגדרה של "קינטי" בניסויים שלו. אבל החיים המודרניים הצריכו לערוך מחקר מעמיק על הפיכתו של מין אחד למשנהו.

משמעות המילה "אנרגיה" ביוונית היא "פעולה". אנרגטי אנו קוראים לאדם שזז באופן אקטיבי, תוך ביצוע מגוון פעולות.

אנרגיה בפיזיקה

ואם בחיים אנחנו יכולים להעריך את האנרגיה של אדם בעיקר לפי ההשלכות של פעילותו, אז בפיזיקה ניתן למדוד אנרגיה וללמוד בדרכים רבות ושונות. קרוב לוודאי שהחבר או השכן העליז שלכם יסרב לחזור על אותה פעולה שלושים או חמישים פעם כשזו פתאום נכנסת למוחכם כדי לחקור את תופעת האנרגיה שלו.

אבל בפיזיקה, אתה יכול לחזור כמעט על כל ניסוי כמה פעמים שאתה רוצה, ולעשות את המחקר שאתה צריך. כך זה עם חקר האנרגיה. מדענים חקרו וסמנו סוגים רבים של אנרגיה בפיזיקה. אלו הן אנרגיה חשמלית, מגנטית, אטומית וכן הלאה. אבל עכשיו נדבר על אנרגיה מכנית. ליתר דיוק, על אנרגיה קינטית ופוטנציאלית.

אנרגיה קינטית ופוטנציאלית

במכניקה לומדים את התנועה והאינטראקציה של גופים זה עם זה. לכן, נהוג להבחין בין שני סוגי אנרגיה מכנית: אנרגיה הנובעת מתנועת גופים, או אנרגיה קינטית, ואנרגיה הנובעת מאינטראקציה בין גופים, או אנרגיה פוטנציאלית.

בפיזיקה יש כלל כללי המתייחס לאנרגיה ועבודה. כדי למצוא את האנרגיה של הגוף, יש צורך למצוא את העבודה הדרושה כדי להעביר את הגוף למצב נתון מאפס, כלומר, כזה שבו האנרגיה שלו היא אפס.

אנרגיה פוטנציאלית

בפיזיקה, אנרגיה פוטנציאלית נקראת אנרגיה, אשר נקבעת על ידי המיקום ההדדי של גופים או חלקים של אותו גוף באינטראקציה. כלומר, אם הגוף מורם מעל הקרקע, אז יש לו את היכולת ליפול, לעשות קצת עבודה.

והערך האפשרי של עבודה זו יהיה שווה לאנרגיה הפוטנציאלית של הגוף בגובה h. עבור אנרגיה פוטנציאלית, הנוסחה מוגדרת כדלקמן:

A=Fs=Ft*h=mgh, או Ep=mgh,

כאשר Ep היא האנרגיה הפוטנציאלית של הגוף,
מ' משקל גוף,
h הוא גובה הגוף מעל הקרקע,
g האצת נפילה חופשית.

יתרה מכך, כל עמדה נוחה לנו, בהתאם לתנאי הניסויים והמדידות, יכולה להיחשב כמיקום האפס של הגוף, לא רק את פני כדור הארץ. זה יכול להיות משטח הרצפה, השולחן וכן הלאה.

אנרגיה קינטית

במקרה שהגוף נע תחת השפעת כוח, הוא לא רק יכול, אלא גם עושה עבודה מסוימת. בפיזיקה, אנרגיה קינטית היא האנרגיה שיש לגוף עקב תנועתו. הגוף, זז, מוציא את האנרגיה שלו ועושה עבודה. עבור אנרגיה קינטית, הנוסחה מחושבת באופן הבא:

A \u003d Fs \u003d mas \u003d m * v / t * vt / 2 \u003d (mv ^ 2) / 2, או Ek \u003d (mv ^ 2) / 2,

כאשר Ek היא האנרגיה הקינטית של הגוף,
מ' משקל גוף,
v היא מהירות הגוף.

מהנוסחה ניתן לראות שככל שהמסה והמהירות של הגוף גדולים יותר, כך האנרגיה הקינטית שלו גבוהה יותר.

לכל גוף יש אנרגיה קינטית או פוטנציאלית, או שניהם בו זמנית, כמו, למשל, מטוס מעופף.

הניסיון היומיומי מלמד שניתן להניע גופים בלתי ניתנים לתנועה, ולעצור אותם. אנחנו כל הזמן עושים משהו, העולם שוקק מסביב, השמש זורחת... אבל מאיפה יש לבני האדם, לבעלי החיים ולטבע בכללותו את הכוח לעשות את העבודה הזו? האם הוא נעלם ללא עקבות? האם גוף אחד יתחיל לנוע מבלי לשנות את תנועתו של האחר? על כל זה נדבר במאמר שלנו.

מושג האנרגיה

להפעלת מנועים שנותנים תנועה למכוניות, טרקטורים, קטרי דיזל, מטוסים, יש צורך בדלק המהווה מקור אנרגיה. מנועים חשמליים נותנים תנועה למכונות בעזרת חשמל. בשל אנרגיית המים הנופלים מגובה, מסובבות טורבינות הידראוליות, המחוברות למכונות חשמליות המייצרות זרם חשמלי. האדם זקוק גם לאנרגיה על מנת להתקיים ולעבוד. אומרים שכדי לעשות כל עבודה יש ​​צורך באנרגיה. מהי אנרגיה?

• תצפית 1. הרם את הכדור מעל הקרקע. בזמן שהוא במצב רגוע, לא מתבצעת עבודה מכנית. בואו נשאיר אותו. בהשפעת כוח המשיכה, הכדור נופל לקרקע מגובה מסוים. במהלך נפילת הכדור מתבצעת עבודה מכנית.
• תצפית 2. נסגור את הקפיץ, נתקן עם חוט ונשים משקולת על הקפיץ. בואו נצית את החוט, הקפיץ יתיישר ויעלה את המשקל לגובה מסוים. המעיין עשה עבודה מכנית.
• תצפית 3. נחבר מוט עם בלוק בקצה לעגלה. נזרוק חוט מבעד לבלוק שקצהו האחד מלופף על ציר העגלה, ומשקולת תלויה בצד השני. בוא נוריד את העומס. תחת הפעולה, היא תרד ותיתן לעגלה תנועה. המשקל עשה את העבודה המכנית.

לאחר ניתוח כל התצפיות לעיל, אנו יכולים להסיק שאם גוף או מספר גופים מבצעים עבודה מכנית במהלך האינטראקציה, אז הם אומרים שיש להם אנרגיה או אנרגיה מכנית.

מושג האנרגיה

אנרגיה (מהמילים היווניות אֵנֶרְגִיָה- פעילות) היא כמות פיזית המאפיינת את יכולת הגוף לבצע עבודה. יחידת האנרגיה, כמו גם העבודה במערכת SI, היא ג'ול אחד (1 J). בכתב, אנרגיה מסומנת באות ה. מהניסויים הנ"ל ניתן לראות שהגוף אכן עובד כשהוא עובר ממצב אחד למשנהו. במקרה זה, האנרגיה של הגוף משתנה (יורדת), והעבודה המכנית שמבצע הגוף שווה לתוצאה של שינוי באנרגיה המכנית שלו.

סוגי אנרגיה מכנית. מושג האנרגיה הפוטנציאלית

ישנם 2 סוגים של אנרגיה מכנית: פוטנציאלית וקינטית. עכשיו בואו נסתכל מקרוב על אנרגיה פוטנציאלית.

אנרגיה פוטנציאלית (PE) - נקבעת לפי המיקום ההדדי של הגופים המקיימים אינטראקציה, או חלקים של אותו גוף. מכיוון שכל גוף וכדור הארץ מושכים זה את זה, כלומר הם מקיימים אינטראקציה, ה-PE של גוף המורם מעל הקרקע יהיה תלוי בגובה העלייה ח. ככל שהגוף מורם גבוה יותר, ה-PE שלו גדול יותר. הוכח בניסוי כי PE תלוי לא רק בגובה שאליו הוא מורם, אלא גם במשקל הגוף. אם הגופים הונפו לאותו גובה, אז לגוף בעל מסה גדולה יהיה גם PE גדול. הנוסחה לאנרגיה זו היא כדלקמן: E p \u003d mgh,איפה E pהיא האנרגיה הפוטנציאלית M- משקל גוף, g = 9.81 N/kg, h - גובה.

אנרגיה פוטנציאלית של קפיץ

גופים מכנים כמות פיזית E p,אשר, כאשר מהירות התנועה הטרנסלציונית משתנה תחת הפעולה, יורדת בדיוק באותה מידה שהאנרגיה הקינטית עולה. לקפיצים (כמו גם לגופים מעוותים אלסטיים אחרים) יש PE השווה למחצית ממוצר הנוקשות שלהם קלכל ריבוע עיוות: x = kx 2:2.

אנרגיה קינטית: נוסחה והגדרה

לעיתים ניתן לשקול את המשמעות של עבודה מכנית מבלי להשתמש במושגים של כוח ותזוזה, תוך התמקדות בעובדה שעבודה מאפיינת שינוי באנרגיה של הגוף. כל מה שאנחנו צריכים זה מסת הגוף והמהירויות הראשוניות והסופיות שלו, שיובילו אותנו לאנרגיה קינטית. אנרגיה קינטית (KE) היא האנרגיה השייכת לגוף עקב תנועתו שלו.

לרוח יש אנרגיה קינטית והיא משמשת להנעת טורבינות רוח. זז מפעיל לחץ על המישורים המשופעים של כנפי טורבינות הרוח וגורם להם להסתובב. תנועה סיבובית מועברת באמצעות מערכות שידור למנגנונים המבצעים עבודה מסוימת. המים הנעים שהופכים את הטורבינות של תחנת כוח מאבדים חלק מה-CE שלהם בזמן העבודה. למטוס שטס גבוה בשמיים, בנוסף ל-PE, יש CE. אם הגוף במנוחה, כלומר, המהירות שלו ביחס לכדור הארץ היא אפס, אז ה-CE שלו ביחס לכדור הארץ הוא אפס. הוכח בניסוי שככל שהמסה של הגוף גדולה יותר והמהירות שבה הוא נע, כך ה-KE שלו גדול יותר. הנוסחה לאנרגיה הקינטית של תנועה תרגום במונחים מתמטיים היא כדלקמן:

איפה ל- אנרגיה קינטית, M- מסת גוף, v- מהירות.

שינוי באנרגיה הקינטית

מכיוון שמהירות הגוף היא כמות שתלויה בבחירת מערכת הייחוס, ערך ה-KE של הגוף תלוי גם בבחירתו. השינוי באנרגיה הקינטית (IKE) של הגוף מתרחש עקב פעולת כוח חיצוני על הגוף ו. כמות פיסית א, ששווה ל-IKE ΔE לגוף עקב פעולת כוח F, הנקראת עבודה: A = ΔE k. אם גוף נע במהירות v 1 , הכוח פועל ו, במקביל לכיוון, אז מהירות הגוף תגדל במשך תקופה של זמן טלערך כלשהו v 2 . במקרה זה, ה-IKE שווה ל:

איפה M- מסת גוף; ד- המרחק שעבר הגוף; V f1 = (V 2 - V 1); V f2 = (V 2 + V 1); a=F:m. לפי הנוסחה הזו האנרגיה הקינטית מחושבת לפי כמה. הנוסחה יכולה לקבל גם את הפרשנות הבאה: ΔE k \u003d Flcos ά , שבו cosά היא הזווית בין וקטורי הכוח וומהירות V.

אנרגיה קינטית ממוצעת

אנרגיה קינטית היא האנרגיה שנקבעת לפי מהירות התנועה של נקודות שונות השייכות למערכת זו. עם זאת, יש לזכור כי יש צורך להבחין בין 2 אנרגיות המאפיינות תרגום וסיבוב שונה. (SKE) במקרה זה הוא ההפרש הממוצע בין מכלול האנרגיות של המערכת כולה לבין האנרגיה הרגועה שלה, כלומר למעשה ערכה הוא הערך הממוצע של האנרגיה הפוטנציאלית. הנוסחה של האנרגיה הקינטית הממוצעת היא כדלקמן:

כאשר k הוא קבוע בולצמן; T היא טמפרטורה. המשוואה הזו היא הבסיס של התיאוריה הקינטית המולקולרית.

אנרגיה קינטית ממוצעת של מולקולות גז

ניסויים רבים קבעו כי האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות גז בתנועת תרגום בטמפרטורה נתונה זהה ואינה תלויה בסוג הגז. בנוסף, נמצא גם שכאשר הגז מחומם ב-1 מעלות צלזיוס, ה-SEC עולה באותו ערך. ליתר דיוק, ערך זה שווה ל: ΔE k \u003d 2.07 x 10 -23 J / o C.על מנת לחשב את האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות גז בתנועה טרנסלציונית, יש צורך, בנוסף לערך יחסי זה, לדעת לפחות עוד ערך אבסולוטי אחד של אנרגיית התנועה המתרגלת. בפיזיקה, ערכים אלה נקבעים במדויק למדי עבור מגוון רחב של טמפרטורות. למשל, בטמפרטורה t \u003d 500 מעלות צלזיוסאנרגיה קינטית של תנועת התרגום של מולקולה Ek \u003d 1600 x 10 -23 J. לדעת 2 כמויות ( ΔE אל ו E k), אנחנו יכולים גם לחשב את האנרגיה של תנועת התרגום של מולקולות בטמפרטורה נתונה וגם לפתור את הבעיה ההפוכה - לקבוע את הטמפרטורה מערכי האנרגיה הנתונים.

לבסוף, אנו יכולים להסיק שהאנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות, שהנוסחה שלה ניתנת לעיל, תלויה רק ​​בטמפרטורה המוחלטת (ולכל מצב מצטבר של חומרים).

חוק שימור האנרגיה המכנית הכוללת

חקר התנועה של גופים בהשפעת כוח הכבידה וכוחות אלסטיים הראה שיש כמות פיזיקלית מסוימת, הנקראת אנרגיה פוטנציאלית E p; זה תלוי בקואורדינטות של הגוף, והשינוי שלו שווה ל-IKE, שנלקח עם הסימן ההפוך: Δ E p =-ΔE k.אז, סכום השינויים ב-KE וב-PE של הגוף, המקיימים אינטראקציה עם כוחות כבידה וכוחות אלסטיים, שווה ל 0 : Δ E p +ΔE k \u003d 0.כוחות התלויים רק בקואורדינטות של הגוף נקראים שמרני.כוחות משיכה ואלסטיים הם כוחות שמרניים. סכום האנרגיות הקינטיות והפוטנציאליות של הגוף הוא סך האנרגיה המכנית: E p +E k \u003d E.

עובדה זו, שהוכחה בניסויים המדויקים ביותר,
שקוראים לו חוק שימור האנרגיה המכנית. אם גופים מקיימים אינטראקציה עם כוחות התלויים במהירות התנועה היחסית, אנרגיה מכנית במערכת הגופים המקיימים אינטראקציה אינה נשמרת. דוגמה לכוחות מסוג זה, הנקראים לא שמרני, הם כוחות החיכוך. אם כוחות חיכוך פועלים על הגוף, אז כדי להתגבר עליהם, יש צורך להוציא אנרגיה, כלומר, חלק ממנה משמש לביצוע עבודה נגד כוחות החיכוך. עם זאת, הפרת חוק שימור האנרגיה כאן היא דמיונית בלבד, מכיוון שמדובר במקרה נפרד של החוק הכללי של שימור והמרת אנרגיה. האנרגיה של גופים לעולם אינה נעלמת ואינה מופיעה שוב:זה רק הופך מצורה אחת לאחרת. חוק הטבע הזה חשוב מאוד, הוא מתבצע בכל מקום. זה נקרא לפעמים גם החוק הכללי של שימור והמרה של אנרגיה.

קשר בין אנרגיה פנימית של גוף, אנרגיות קינטיות ופוטנציאליות

האנרגיה הפנימית (U) של גוף היא האנרגיה הכוללת שלו של הגוף פחות ה-KE של הגוף בכללותו וה-PE שלו בשדה הכוח החיצוני. מכאן נוכל להסיק שהאנרגיה הפנימית מורכבת מה-CE של התנועה הכאוטית של מולקולות, מה-PE של האינטראקציה ביניהן ומהאנרגיה התוך-מולקולרית. אנרגיה פנימית היא פונקציה חד משמעית של מצב המערכת, כלומר: אם המערכת נמצאת במצב נתון, האנרגיה הפנימית שלה מקבלת את הערכים הטבועים בה, ללא קשר למה שקרה קודם לכן.

רלטיביזם

כאשר מהירות הגוף קרובה למהירות האור, האנרגיה הקינטית נמצאת בנוסחה הבאה:

גם את האנרגיה הקינטית של הגוף, שהנוסחה שלה נכתבה לעיל, ניתן לחשב על פי עיקרון זה:

דוגמאות למשימות למציאת אנרגיה קינטית

1. השוו את האנרגיה הקינטית של כדור במשקל 9 גרם שעף במהירות של 300 מ' לשנייה ואדם ששוקל 60 ק"ג רץ במהירות של 18 קמ"ש.

אז מה ניתן לנו: m 1 \u003d 0.009 ק"ג; V 1 \u003d 300 מ' לשנייה; m 2 \u003d 60 ק"ג, V 2 \u003d 5 m / s.

פִּתָרוֹן:

• אנרגיה קינטית (נוסחה): E k \u003d mv 2: 2.
• יש לנו את כל הנתונים לחישוב, ולכן נמצא E לגם לאדם וגם לכדור.
• E k1 \u003d (0.009 ק"ג x (300 מ' לשנייה) 2): 2 \u003d 405 J;
• E k2 \u003d (60 ק"ג x (5 m/s) 2): 2 \u003d 750 J.
• E k1< E k2.

תשובה: האנרגיה הקינטית של הכדור קטנה מזו של אדם.

2. גוף במסה של 10 ק"ג הועלה לגובה 10 מ' ולאחר מכן שוחרר. איזה FE יהיה לו בגובה 5 מ'? ניתן להזניח את התנגדות האוויר.

אז מה ניתן לנו: m = 10 ק"ג; h = 10 מ'; ח 1 = 5 מ'; g = 9.81 N/kg. E k1 - ?

פִּתָרוֹן:

• לגוף בעל מסה מסוימת, מורם לגובה מסוים, יש אנרגיה פוטנציאלית: E p \u003d mgh. אם הגוף נופל, אז בגובה מסוים h 1 תהיה לו זיעה. אנרגיה E p \u003d mgh 1 ובני משפחה. אנרגיה E k1. על מנת שהאנרגיה הקינטית תמצא נכון, הנוסחה שניתנה לעיל לא תעזור, ולכן נפתור את הבעיה באמצעות האלגוריתם הבא.
• בשלב זה, אנו משתמשים בחוק שימור האנרגיה וכותבים: E p1 +E k1 \u003d Eפ.
• לאחר מכן E k1 = הפ - E p1 = מ"ג- mgh 1 = mg(h-h 1).
• החלפת הערכים שלנו בנוסחה, נקבל: E k1 \u003d 10 x 9.81 (10-5) \u003d 490.5 J.

תשובה: E k1 \u003d 490.5 J.

3. גלגל תנופה עם מסה Mורדיוס ר,עוטף ציר העובר במרכזו. מהירות גלישת גלגל תנופה - ω . על מנת לעצור את גלגל התנופה, נלחצת נעל בלם אל החישוק שלו, הפועלת עליה בכוח חיכוך F. כמה סיבובים עושה גלגל התנופה לפני שהוא נעצר לחלוטין? שימו לב שמסת גלגל התנופה מרוכזת על השפה.

אז מה ניתן לנו: M; ר; ω; חיכוך F. נ-?

פִּתָרוֹן:

• בעת פתרון הבעיה, ניקח בחשבון את סיבובי גלגל התנופה כדומים לסיבובים של חישוק הומוגני דק עם רדיוס ר ומשקל M, שמסתובב במהירות זוויתית ω.
• האנרגיה הקינטית של גוף כזה היא: E k \u003d (J ω 2): 2, איפה J= M ר 2 .
• גלגל התנופה ייעצר בתנאי שכל ה-FE שלו יושקע בעבודה כדי להתגבר על כוח החיכוך חיכוך F, הנובעים בין נעל הבלמים לבין החישוק: E k \u003d F חיכוך *s , שבו 2 πRN = (m ר 2 ω 2) : 2, איפה N = ( M ω 2 R): (4 π F tr).

תשובה: N = (mω 2 R) : (4πF tr).

סוף כל סוף

אנרגיה היא המרכיב החשוב ביותר בכל היבטי החיים, כי בלעדיה, אף גוף לא יוכל לעשות עבודה, כולל בני אדם. אנו חושבים שהמאמר הבהיר לכם מהי אנרגיה, ומצגת מפורטת של כל ההיבטים של אחד ממרכיביה – אנרגיה קינטית – תעזור לכם להבין רבים מהתהליכים המתרחשים על הפלנטה שלנו. ואיך למצוא אנרגיה קינטית, אתה יכול ללמוד מהנוסחאות לעיל ודוגמאות לפתרון בעיות.

אנרגיית הקשר היא מושג חשוב בכימיה. הוא קובע את כמות האנרגיה הדרושה כדי לשבור קשר קוולנטי בין שני אטומי גז. מושג זה אינו חל על קשרים יוניים. כששני אטומים מתאחדים ויוצרים מולקולה, אפשר לקבוע עד כמה חזק הקשר ביניהם - מספיק למצוא את האנרגיה שצריך להוציא כדי לשבור את הקשר הזה. זכרו שלאטום בודד אין אנרגיית מקשר, אנרגיה זו מאפיינת את חוזק הקשר בין שני אטומים במולקולה. כדי לחשב את אנרגיית הקשר עבור כל תגובה כימית, פשוט קבע את המספר הכולל של הקשרים השבורים והורידו את מספר הקשרים שנוצרו ממנו.

שלבים

חלק 1

רשום משוואה לחישוב אנרגיית הקישור.בהגדרה, אנרגיית הקשר היא סכום הקשרים השבורים פחות סכום הקשרים שנוצרו: ΔH = ∑H (קשרים שבורים) - ∑H (קשרים שנוצרו) . ΔH מציין את השינוי באנרגיית הקישור, הנקראת גם אנטלפיה של הקישור, ו-∑H מתאים לסכום אנרגיות הקישור עבור שני הצדדים של משוואת התגובה הכימית.

רשמו את המשוואה הכימית וסמנו את כל הקשרים בין היסודות הבודדים.אם משוואת התגובה ניתנת בצורה של סמלים ומספרים כימיים, כדאי לשכתב אותה ולציין את כל הקשרים בין אטומים. תיעוד חזותי כזה יאפשר לכם לספור בקלות את הקשרים שנשברו ונוצרים במהלך תגובה זו.

למד את הכללים לספירת קשרים שבורים ונוצרו.ברוב המקרים, הערכים הממוצעים של אנרגיית הקישור משמשים בחישובים. לאותו קשר יכול להיות אנרגיות מעט שונות, בהתאם למולקולה הספציפית, ולכן בדרך כלל משתמשים באנרגיות קשר ממוצעות. .

• הפסקות של קשר כימי יחיד, כפול ומשולש נחשבים כקשר אחד שבור. למרות שלקשרים אלו יש אנרגיות שונות, בכל מקרה קשר אחד נחשב למנותק.
• כך גם לגבי היווצרות קשר יחיד, כפול או משולש. כל מקרה כזה נחשב כיצירת קשר חדש אחד.
• בדוגמה שלנו, כל הקשרים הם בודדים.

1. קבע אילו קישורים שבורים בצד שמאל של המשוואה.הצד השמאלי של משוואה כימית מכיל את המגיבים, והוא מייצג את כל הקשרים שנשברים כתוצאה מהתגובה. זהו תהליך אנדותרמי, כלומר נדרשת כמות מסוימת של אנרגיה כדי לשבור קשרים כימיים.

   • לדוגמא שלנו, הצד השמאלי של משוואת התגובה מכיל קשר H-H אחד וקשר Br-Br אחד.

2. ספור את מספר הקשרים שנוצרו בצד ימין של המשוואה.תוצרי התגובה מוצגים בצד ימין. חלק זה של המשוואה מייצג את כל הקשרים שנוצרים כתוצאה מתגובה כימית. זהו תהליך אקסותרמי והוא משחרר אנרגיה (בדרך כלל בצורה של חום).

   • בדוגמה שלנו, הצד הימני של המשוואה מכיל שני קשרים H-Br.

חלק 2

1. מצא את אנרגיות הקישור הנדרשות.ישנן טבלאות רבות המפרטות את אנרגיות הקישור עבור מגוון רחב של תרכובות. טבלאות כאלה ניתן למצוא באינטרנט או בספר עיון בכימיה. יש לזכור שאנרגיות הקישור ניתנות תמיד למולקולות במצב גזי.

   הכפל את אנרגיות הקשר במספר הקשרים שנשברו.במספר תגובות, קשר אחד יכול להישבר מספר פעמים. לדוגמה, אם מולקולה מורכבת מ-4 אטומי מימן, יש לקחת בחשבון את אנרגיית הקישור של מימן פי 4, כלומר להכפיל ב-4.

   • בדוגמה שלנו, לכל מולקולה יש קשר אחד, אז אנרגיות הקשר פשוט מוכפלות ב-1.
   • H-H = 436 x 1 = 436 kJ/mol
   • Br-Br \u003d 193 x 1 \u003d 193 kJ/mol

2. חבר את כל האנרגיות של קשרים שבורים.לאחר הכפלת אנרגיות הקישור במספר המקביל של קשרים בצד שמאל של המשוואה, עליך למצוא את הסכום הכולל.

   • בואו נמצא את האנרגיה הכוללת של קשרים שבורים עבור הדוגמה שלנו: H-H + Br-Br = 436 + 193 = 629 קילו-ג'יי/מול.

3. הכפל את אנרגיות הקשר במספר הקשרים שנוצרו.כמו במקרה של קשרים שבורים בצד שמאל של המשוואה, יש לקחת את ערכי אנרגיות הקשר בצד ימין של המשוואה ולהכפיל אותם במספר המקביל של הקשרים הללו.