Энергия, определение кинетической энергии и потенциальной энергии объекта

Энергия  — это способность выполнять работу. Человеку нужна энергия, чтобы прилагать усилия (выполнять работу ) без энергии, ни одна задача не может быть выполнена. Единица измерения энергии — Джоуль (Дж), что совпадает с единицей измерения работы , Энергия имеет разные формы, такие как кинетическая энергия (KE) и потенциальная энергия (PE).

Кинетическая энергия (KE)

Кинетическая энергия — это энергия, которой обладает объект из-за его движения. Когда выполняется работа по перемещению объекта, эта работа воспринимается объектом как кинетическая энергия. Единицей измерения кинетической энергии является Джоуль (Дж), а его размеры равны ML²T ⁻² .

Когда кинетическая энергия объекта составляет 400 Дж, это означает, что энергия, которой обладает объект из-за его движения, = 400 Дж.

Определение кинетической энергии объекта

Если сила (F) действует на объект массы (m) в состоянии покоя, чтобы переместить его с равномерным ускорением (a), чтобы достичь скорости (v _f ) после перемещения смещения (d).

Таким образом, v _f ² = v _i ² + 2 ad

v _i  = 0 ∴ v _f ² = 2 ad, d = v _f ² / 2 a

Умножая обе стороны на силу (F)

∴ F d = ½ × v _f ² × (F / a)

Из второго закона Ньютона :

F / a = m ∴ F d = ½ mv _f ²

В предыдущем отношении:

Левая часть (F d) представляет выполненную работу (или энергию, необходимую для перемещения объекта).

Правая часть (½ мв _f ²) представляет форму энергии, в которую преобразуется работа, которая является кинетической энергией (KE).

KE = ½ м v²

Кинетическая энергия — это скалярная величина, потому что она является произведением двух скалярных величин : массы и квадрата скорости.

Факторы, влияющие на кинетическую энергию объекта:

Масса объекта (м): кинетическая энергия прямо пропорциональна массе объекта при постоянной скорости.

Уклон = KE / м = ½ v²

Скорость объекта (v): кинетическая энергия прямо пропорциональна квадрату скорости объекта при постоянной массе.

Уклон = KE / v² = ½ м

KE = ½ м v²

При включении тормозов, чтобы остановить автомобиль, движущийся со скоростью 30 км / ч, автомобиль будет проскальзывать на расстояние (d) перед остановкой.

Та же машина проскочила бы расстояние в четыре раза больше, если бы тормозила, чтобы остановить ее, если бы машина двигалась со скоростью 60 км / ч, F d ∝ v².

Потенциальная энергия (PE)

Это энергия , запасенная в объектах из — за их новых позиций или состояния, когда объект поднимается вверх, работа выполняется, Эта работа хранится в организме в качестве энергии , известной как гравитационной потенциальной энергии , Единица измерения потенциальной энергии Джоуль (Дж) и его размеры равны ML²T ⁻² .

Когда потенциальная энергия объекта составляет 50 Дж, это означает, что энергия, запасенная в объекте из-за его нового положения или состояния, = 50 Дж.

Нахождение потенциальной энергии объекта

Если объект массой (м) поднимается на высоту (h), выполненная работа (W) определяется соотношением: W = F. h, где (F) — сила, необходимая для подъема объекта, равная его весу (w):

F = w = мг ∴ W = mgh

Проделанная работа сохраняется в виде потенциальной энергии (ПЭ).

PE = mgh

Факторы, влияющие на потенциальную энергию объекта

Масса объекта (м): потенциальная энергия прямо пропорциональна массе объекта при постоянной высоте и ускорении свободного падения, уклон = PE / m = gh.

Высота объекта (h): потенциальная энергия прямо пропорциональна высоте объекта при постоянной массе и ускорении свободного падения, уклон = PE / h = mg = w.

Ускорение свободного падения (g): потенциальная энергия прямо пропорциональна ускорению свободного падения при постоянной массе и высоте объекта, уклон = PE / g = mh.

Примеры потенциальной энергии

• Сохраненная энергия в пружине при сжатии или удлинении (упругая потенциальная энергия). Пружина действительно работает, чтобы высвободить эту энергию и восстановить свое исходное положение.
• Сохраненная энергия в объекте, когда он поднят над землей (гравитационная потенциальная энергия), гравитационная потенциальная энергия зависит от положения объекта относительно поверхности Земли.
• Сохраненная энергия в растянутой резиновой ленте (эластичная потенциальная энергия). Растянутая резиновая лента сжимается при снятии действующей силы, чтобы восстановить свою первоначальную форму.
• Энергия, накопленная в электронах внутри батареи (электрический потенциал ). Электроны текут, когда батарея подключена к замкнутой цепи.

Чтобы поднять ящик массой 450 Н вертикально на высоту 1 м, Нам понадобится сила, равная весу ящика, Проделанная работа: W = 450 Н × 1 м = 450 Дж.

При подъеме того же ящика с использованием пандуса (наклонная плоскость) длиной 3 м. Требуется усилие меньше его веса (150 Н), но для большего перемещения. Проделанная работа: W = 150 Н × 3 м = 450 Дж.

Сумма кинетической энергии и потенциальной энергии называется механической энергией.

Механическая энергия = кинетическая энергия + потенциальная энергия

ME = KE + PE

Физика для окружающей среды

Большая часть энергии, используемой человеком, поступает из невозобновляемых ресурсов, таких как уголь, нефть. Невозобновляемые источники энергии считаются нечистыми ресурсами, поскольку они производят много вредных продуктов для окружающей среды и здоровья человека.

Из-за этого существует глобальная тенденция, особенно в наиболее промышленно развитых странах, к использованию возобновляемых ресурсов, таких как энергия ветра и водопады, в качестве энергетического ресурса для выработки электроэнергии и сохранения окружающей среды.