Кинетическая энергия. Кинетическая энергия и работа

Кинетическая  энергия. Кинетическая  энергия и работа

Энергия – физическая величина, характеризующая состояние тела или системы тел. Причиной изменения состояния системы тел (изменения энергии) является работа внешних по отношению к рассматриваемой системе сил. В механике энергия тела или системы тел определяется взаимным положением тел (потенциальная энергия) и их скоростями (кинетическая энергия).

Единица измерения энергии в СИ – джоуль.

 Кинетическая энергия – часть механической энергии, энергия движущегося тела. Скалярная величина, численно равная половине произведения массы тела на квадрат скорости: 

Теорема о кинетической энергии: Работа, совершаемая силой при изменении скорости тела, равна изменению кинетической энергии тела: A = W_k2 – W_k1 = ΔW_k

Причём если А > 0, то W_k увеличивается, и если А < 0, то W_k уменьшается.
Эта теорема справедлива для любого движения и для сил любой природы.

Кинетическая энергия – величина относительная, зависящая от выбора СО (системы отсчёта), так как скорость тела зависит от выбора СО. Если тело разгоняется из состояния покоя, то W_k1 = 0, А = W_k2. Следовательно, физический смысл кинетической энергии: кинетическая энергия численно равна работе, которую необходимо совершить, чтобы разогнать тело из состояния покоя до данной скорости.

 Внимание! Кинетическая энергия механической системы тел равна сумме кинетических энергий всех частей системы.

Работа – это физическая величина, равная произведению модуля силы на перемещение и косинус угла между ними. Работа измеряется в

Мощность - физическая величина, равная отношению работы к промежутку времени, за который она совершена.

Теорема о кинетической энергии

Пусть тело движется вдоль оси x под действием силы, направленного вдоль той же оси. Обозначим проекции скорости тела в начальный и конечный моменты 1x и 2x. Тогда из формул A = F_xs_x, F_x = max,  получаем:

Изменение кинетической энергии тела равно работе, произведенной над этим телом. Это утверждение называют теоремой о кинетической энергией.

Кинетическая энергия широко используется человеком. За счет кинетической энергии воды вырабатывается электроэнергия на гидроэлектростанциях, работают водяные мельницы. Кинетическая энергия ветра используется для работы ветровых электростанций, мельниц, предоставляет движения парусным судам и т.д.

Вопросы:

1. Какие из перечисленных тел обладают кинетической энергией: а) деформированная пружина; б) летящий самолет; в) камень, поднятый над землей?

2. Зависит ли значение кинетической энергии от избрания системы отсчета?

3. После удара об стену направление скорости мяча изменился, но модуль скорости остался прежним. Как изменилась кинетическая энергия мяча?

4. Тело брошено вертикально вверх. Какую работу - положительную или отрицательную - выполняет сила тяжести во время поднятия тела? во время спуска? Как изменяется кинетическая энергия тела во время поднятия и спуска?

5. Как изменяется энергия пружины (увеличивается или уменьшается), когда пружина возвращается к недеформованого состояния? Зависит ли ответ от того, была растянута пружина или сжата?

6. Как изменяется потенциальная энергия пружины: а) когда ее растягивают; б) когда ее сжимают; в) когда она возвращается к недеформованого состояния?

7. Приведите примеры использования потенциальной энергии тел, поднятых над поверхностью Земли.

Задачи:

1. Автомобиль, тронувшись с места, на первом этапе движения приобретает скорости 40 км/ч., а на втором этапе увеличивает скорость до 60 км/ч. На каком этапе движения силы, действующие на автомобиль, выполняют большую суммарную работу? Во сколько раз большую?

2. Какую работу выполняет во время выстрела сила давления пороховых газов, действующая на шар? Масса пули 9 г, скорость вылета из ствола 600 м/c. (Ответ: 1,6 кДж.)

3*. Пуля массой 10 г имеет скорость 400 м/c. С какой скоростью шар продолжит свое движение после пробития доски толщиной 5 см, если средняя сила сопротивления доски при этом равнялась 12 кН?