Energie und Arbeit

Physics I

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Overview

Quelle: Ketron Mitchell-Wynne, PhD, Asantha Cooray, PhD, Department of Physics & Astronomie, School of Physical Sciences, University of California, Irvine, CA

Dieses Experiment zeigt das Prinzip der Arbeit-Energie. Energie ist eines der wichtigsten Konzepte in der Wissenschaft und ist nicht einfach zu definieren. Dieses Experiment wird mit zwei verschiedenen Arten von Energie umgehen: potenzielle Energie und translational kinetische Energie. Potenzielle Energie ist definiert als die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Platzierung in einem Gravitationsfeld besitzt. Objekte, die hoch über dem Boden befinden sollen große potenzielle Energie haben. Ein Objekt, das in Bewegung von einem Ort zum anderen ist hat Translatorische kinetische Energie. Der wichtigste Aspekt der Energie ist, dass die Summe aller Arten von Energie konserviert wird. Das heißt, die Gesamtenergie eines Systems vor und nach jeder Veranstaltung auf verschiedene Arten von Energie, werden, ganz oder teilweise übertragen kann, aber total eneRgy die gleichen vor und werden nach der Veranstaltung. Dieses Labor zeigen diese Konservierung.

Energie kann definiert werden als "die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten," die mechanischen Energie mit der Arbeit bezieht. Fliegende Geschosse, die stationäre Objekte treffen funktionieren für diese stationäre Objekte, wie eine Kanonenkugel schlagen eine Mauer und auseinander zu brechen oder einem Hammer einen Nagel ein Stück Holz fahren. In allen Fällen ist eine Kraft, die auf einen Körper, der anschließend Verschiebung erfährt. Ein Objekt in Bewegung hat die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, und es hat somit Energie. In diesem Fall ist es kinetische Energie. In diesem Experiment wird bei Segelflugzeugen schwere Arbeit.

Die Übertragung von der potentiellen Energie der Schwerkraft in Translatorische kinetische Energie wird in diesem Experiment demonstriert durch Verschieben eines Segelflugzeugs Luft-Tracks in verschiedenen Winkeln (z.B. Höhen), Rest ab. Die potenzielle Energie eines Objekts ist direkt proportional zu seiner Höhe. Die Netto Arbeit auf ein Objekt entspricht die Änderung in seiner kinetischen Energie; Hier startet der Schirm von Rest und dann Gewinn kinetische Energie. Diese Änderung in kinetische Energie wird gleich an die Arbeit, die durch die Schwerkraft und schwanken abhängig von der Starthöhe des Gleitschirms. Das Prinzip der Arbeit-Energie wird durch die Messung der Starthöhe und die Endgeschwindigkeit des Segelflugzeugs überprüft werden.

Cite this Video

JoVE Science Education Database. Grundlagen der Physik I. Energie und Arbeit. JoVE, Cambridge, MA, (2017).

Principles

Potentielle Energie ist verbunden mit den Kräften und in einem Objekt gespeichert ist. Es hängt von der Position des Objekts in Bezug auf seine Umgebung. Ein Objekt vom Boden angehoben hat potenzielle Energie aufgrund ihrer Position relativ zu der Oberfläche der Erde. Diese Energie steht für die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, weil, wenn das Objekt freigegeben wird, es wird unter der Wirkung der Schwerkraft fallen und auf was auch immer es landet auf Arbeit. Beispielsweise fallen einen Felsen auf einen Nai Lwill funktionieren auf dem Nagel durch in den Boden fahren.

Nehmen wir an, ein Objekt in einer geraden Linie mit Geschwindigkeit bewegt V0. Zur Erhöhung der Geschwindigkeit des Objekts bis zu V1, müsste eine konstante Kraft Fnet auf das Objekt angewendet werden. Die Arbeit W für ein Objekt durch eine konstante Kraft F als das Produkt von der Größe der Verschiebung d multipliziert mit der Komponente der Kraft parallel zur Vertreibung, F| definiert ist getan

W = F| d. (Gleichung 1)

Im Fall das sich bewegende Objekt wenn die Kraft in die Richtung parallel zu der Bewegung des Objekts angewendet wird ist dann die Nettoarbeit einfach gleich die Nettokraft, die Zeiten, die zurückgelegte Distanz:

W = F net d. (Gleichung 2)

Von Kinematik ist es bekannt, dass die Endgeschwindigkeit eines Objekts unter konstanter Beschleunigung:

V12 = V02 + 2ad. (Gleichung 3)

Anwenden von Newtons zweites Gesetz, Fnet = Ma, und die Lösung für die Beschleunigung in Gleichung 3 gibt:

WNetto = Fnet d = verrückt = Md (V12 - V-0-2 ) /(2d) = (V12 - V-0-2 ) / 2. (Gleichung 4)

Gleichwertig:

WNetto = ½ m V12-½ m V02. (Gleichung 5)

Wenn Translatorische kinetische Energie als definiert ist KE = ½ Mv2, , dann dies nur die Arbeit-Energie-Prinzip ist: die Netto Arbeit auf einem System entspricht die Änderung in die kinetische Energie des Systems.

Betrachten wir nun die potenzielle Energie. Wenn ein Objekt eine Höhe h ab vom Rest unter dem Einfluss der Schwerkraft fällt, die Endgeschwindigkeit des Objekts finden Sie unter Verwendung der Gleichung 3

V2 = 2gh. (Gleichung 6)

Nach einem Sturz aus der Höhe h, das Objekt hat kinetische Energie gleich ½ Mv2 = ½ m(2gh) = Mgh. Dies ist die Menge an Arbeit, das Objekt kann nach einem Sturz einen vertikalen Abstand h und ist definiert als die potenzielle Energie, PE:

PE = Mgh, (Gleichung 7)

wo g ist die Erdbeschleunigung. Das Objekt befindet sich je höher über dem Boden, die mehr potenzielle Energie hat es. Schwerkraft ist handeln, oder Arbeit zu tun, auf das Objekt, also in diesem Szenario WNetto = Mgh. Aus der Arbeit Energieprinzip ist bekannt, dass diese potenzielle Energie dann gleich die Änderung in kinetische Energie werden sollte:

½ Mv2 = Mgh. (Gleichung 8)

Procedure

  1. Erhalten eine Luftzufuhr, Stoßstangen, zwei Segelflugzeuge der unterschiedlichen Masse, ein Geschwindigkeitssensor, ein Luft-Track, eine Aluminium-Block und einer Skala (siehe Abbildung 1).
  2. Legen Sie die untere Masse Schirm auf die Waage und notieren Sie seine Masse.
  3. Schließen Sie die Luftzufuhr zum Segelflugzeug Track und schalten Sie ihn ein.
  4. Platzieren Sie den Aluminiumblock unter dem Schirm Stand, in der Nähe der Luftzufuhr. Dies wird die niedrigste Höhe-Konfiguration sein.
  5. Legen Sie den Schirm am oberen Rand der Strecke und Messen Sie die Höhe h1. Die Messung sollte mit Respekt derpraktischen ungefähre Mitte der Masse.
  6. Platzieren Sie den Schirm am Thebottom des Titels und Messen Sie die niedrigere Höhe h0. Der Unterschiedh1 - h0 sollte die Höhe des Aluminium-Block, aber führen Sie die Messungen zu verifizieren.
  7. Legen Sie den Schirm zurück auf die Oberseite der Strecke oberhalb der Bein- und Aluminium-Block, und lassen Sie ihn vom Rest. Notieren Sie ihre Geschwindigkeit V am unteren Ende der Strecke mit der Timing-Gatter. Stellen Sie sicher, dass die Geschwindigkeit in Bezug auf den Punkt gemessen wird, wo h0 gemessen wurde. Tun Sie dies fünf Mal und nehmen Sie die durchschnittliche Geschwindigkeit. Notieren Sie diese Geschwindigkeit in das entsprechende Feld in Tabelle 1.
  8. Legen Sie ein weiteres Aluminiumblock unter dem Schirm Stand. Dadurch wird die potentielle Energie-Berechnung 3,4 cm hinzugefügt. Wiederholen Sie Schritt 1,7.
  9. Füllen Sie in Tabelle 1. KE und PE für jeden Lauf zu berechnen und ihre Unterschiede zu berechnen.
  10. Wiederholen Sie die Schritte 1.2-1.9 bei schwerer Segler.

Figure 1
Abbildung 1 : Versuchsaufbau. Zu den Komponenten zählen: (1) die Luftzufuhr, (2) Stoßstange (3) Schirm, (4) Geschwindigkeitssensor, (5) Air Track und (6) Aluminium-Block.

Energie ist eines der wichtigsten und noch nicht eindeutig Konzepte in der Physik; Glücklicherweise kann die Beziehung zwischen Energie und Arbeit in das Verständnis vieler Physik Probleme helfen.

Energie - vor allem mechanische Energie - ist oft definiert als die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, das heißt, eine resultierende Kraft auf ein Objekt, wodurch es zu eine gewissen Distanz bewegen auszuüben. Mechanischer Energie kommen in Form von positionsabhängigen Energie, bezeichnet als potentielle Energie und Bewegung-abhängige Energie, kinetische Energie genannt. Während das Potenzial und die kinetische Energie eines Objekts zueinander, das Gesetz der Energie-Erhaltung-Diktat umgewandelt werden können, dass die Gesamtenergie eines isolierten Systems konstant bleiben.

Dieses Video wird Einführung der Arbeit Energieprinzip, diskutieren die Konzepte der kinetischen und potentiellen Energien und das Gesetz der Energieerhaltung verwenden, um diese Energien in einem Experiment mit Segelflugzeugen Abrutschen einer Spur zu beziehen.

Zwar gibt es zahlreiche Arten von Energie, zeigt mechanischer Energie am deutlichsten die Idee, dass Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Ein solches Beispiel ist, wenn eine Kanonenkugel in eine Mauer fliegt.

Ein Körper, der Kanonenkugel funktioniert in diesem Fall auf ein Objekt, die Wand von Netto Kraftaufwand und verursachen das Objekt, das eine gewisse Distanz zu bewegen. Arbeit ist definiert als das Skalarprodukt die einwirkende Kraft und Abstand verschoben. Diese angewandte Kraft muss in die Richtung der Verschiebung in Reihenfolge für die Arbeit zu tun, das heißt, nur die Komponente der Kraft parallel zur Vertreibung tun kann zu arbeiten.

Jetzt können wir Arbeit in mechanische Energie beziehen die kinetische Energie und potentielle Energie besteht. Hat ein Körper in Bewegung von einem Ort zum anderen, wie z. B. die Kanonenkugel translatorische kinetische Energie und die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.

Angenommen, wir beschleunigen die Kanonenkugel aus eine Anfangsgeschwindigkeit von Vi eine Endgeschwindigkeit von vf - ein Prozess geregelt durch eine Gleichung von Kinematik. Dieses Ereignis erfordert eine ständige Nettokraft, angetrieben von Newtons zweites Gesetz, über eine gewisse Distanz angewendet werden. Durch die Kombination der beiden Gleichungen, und stellt fest, dass die Translatorische kinetische Energie ist definiert als ½mv2, es ist klar, dass die Arbeit auf der Kanonenkugel, ist die Fnet Mal D, ist gleich der Differenz in der letzten und ersten kinetischen Energien. Dies ist das Prinzip der Arbeit-Energie.

Wenn es darum geht, potentielle Energie, hat ein Felsblock am Rande einer Klippe große potenzielle Energie. Nach Freigabe hat es das Potenzial, am Boden funktionieren. Diese potenziellen Arbeit richtet sich nach der Masse von Boulder, Erdbeschleunigung und der Fallhöhe. Und diese Arbeit ist die potentielle Energie gleich vor dem Sturz oder Pi.

Gemäß dem Gesetz vom Gespräch Energie umgewandelt werden kann, während einer Veranstaltung, aber die Gesamtenergie des Systems muss gleich bleiben. Daher muss die Summe der ursprünglichen Potenzial und kinetischen Energien der Summe der letzten Energien entsprechen. Die Boulder Anfangsgeschwindigkeit und kinetische Energie sind gleich Null, während seine endgültige Höhe und potentielle Energie auch Null sind. Daher ist die erste potenzielle Energie gleich die endgültige Translatorische kinetische Energie. Mithilfe unserer vorherigen Gleichungen kann eine Reihe von Beziehungen zwischen Geschwindigkeit, Höhe, Masse und Energie gezogen werden.

Nun, da Sie das Prinzip der Arbeit-Energie und Gesetz der Energieerhaltung gelernt, mal sehen, wie diese Konzepte zu einem Experiment mit mechanischer Energie angewendet werden können.

Dieses Experiment besteht aus einer Luft-Spur, ein paar identische Aluminium Blocks, ein Segelflugzeug, ein Geschwindigkeitssensor, ein paar Gewichte, die das Segelflugzeug, eine Skala, Luftzufuhr und ein Lineal hinzugefügt werden können.

Legen Sie den Schirm auf die Waage und notieren Sie seine Masse. Schließen Sie die Luftzufuhr zum Air Track und schalten Sie ihn ein Maß der Höhe eines Aluminium-Blöcken und in der Labor-Notebook aufzeichnen. Platzieren Sie den Aluminiumblock unter dem Fuß des Luft-Tracks, die die Luftzufuhr am nächsten liegt. Dies wird die niedrigste Höhe-Konfiguration sein.

Legen Sie den Schirm in seine Ausgangsposition zurück und lassen Sie ihn vom Rest. Mit der Geschwindigkeitssensor, erfassen Sie die Gleitschirm-Geschwindigkeit wie es geht die endgültige Position auf der Strecke. Wiederholen Sie diesen Vorgang fünfmal und berechnen Sie Durchschnittsgeschwindigkeit.

Legen Sie eine zusätzliche Aluminium-Block unter die Air Track Anhebung der Höhe-Konfiguration. Messen Sie den Unterschied zwischen hi und hf wie vor und stellen Sie sicher, das ist doppelt so hoch wie eine Aluminium-Block. Wiederholen Sie den Satz von Geschwindigkeitsmessungen für diese Höhe-Konfiguration.

Legen Sie einen endgültigen Aluminiumblock unter die Luft Weg, vorausgesetzt, der Höhenunterschied beträgt nun dreimal die Blockhöhe und wiederholen Sie Geschwindigkeitsmessungen zu. Als Nächstes platzieren Sie einige Gewichte um den Schirm Masse zu erhöhen, und wiederholen Sie das Experiment zur Messung der Geschwindigkeit in drei verschiedenen Höhen.

Mit den Gleichungen abgeleitet vom Prinzip Arbeit-Energie, kann das Potenzial und die kinetischen Energien für jeden Lauf berechnet werden Kenntnis der Einheiten für die einzelnen Variablen. Die potentielle Energie Unterschiede für die verschiedenen Höhen sind in der PE-Spalte der Tabelle aufgeführt. Wie zu erwarten, die potentielle Energie des Systems steigt mit erhöhter Höhe und schwerer Masse, zeigt ein größeres Potential, Arbeit zu verrichten.

Die Werte für die Translatorische kinetische Energie finden sich auch in der Tabelle in der Spalte KE. Ähnlich wie bei der potentiellen Energie, der kinetischen Energie ist größer für die schwereren Segler und noch die letzte Geschwindigkeiten von schwerer Schirm sind die gleichen wie die leichtere Segler. Dies ergibt sich aus der Gleichung, die im Zusammenhang mit den Energien, die Geschwindigkeit ist nur eine Funktion der Höhe. Darüber hinaus steigt die Geschwindigkeit mit einer Geschwindigkeit proportional zur Quadratwurzel der Höhe, wie erwartet.

Nach dem Gesetz der Energieerhaltung KE und PE Spalten in der Tabelle gleich sein sollten, und sie sind fast. Die Unterschiede in den zwei Gruppen von Werten kommen aus Fehlern in den Messungen, Schätzungen zufolge bei etwa 10 % für diese Art von Experiment.

Die Anwendungen, bei denen die Arbeit Energieprinzip sind allgegenwärtig und beinhalten alle verschiedenen Formen von Energie.

Achterbahnen sind ein perfektes Beispiel der Umwandlung von mechanischer Energie. Die massive Coaster wird zunächst zu einer großen Höhe vor einer steilen Steigung hochgezogen. Die wesentliche potentielle Energie gewonnen an der Spitze der Steigung wird dann in kinetische Energie für den Rest der Fahrt konvertiert. Während der Fahrt erfährt die Coaster einen ständigen Austausch von Potential und kinetische Energie.

Chemische Reaktionen zeigen auch Umwandlung von Energie mit der Energie, die in der Regel zwischen chemischen potentielle Energie und thermische Energie ausgetauscht. Wenn die Reaktion exotherm ist, wird die potentielle Energie abgegeben als Wärme an die Umgebung, während das Gegenteil wahr für endotherme Reaktionen. Einige exothermen Reaktionen können explosive dadurch erzeugen kinetische Energie, die auf seine Umgebung funktioniert.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Energie und Arbeit mit Gewalt beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen das Konzept und die Bedeutung der Arbeit-Energie-Prinzip und wie das Gesetz der Energieerhaltung Potenzial und kinetischen Energien beziehen kann. Danke fürs Zuschauen!

Results

Probe berechneten Werte für die erste potentielle Energie in verschiedenen Höhen in der PE -Spalte der Tabelle 1, fand Verwendung von Gleichung 7aufgeführt sind. In der Tabelle sind auch die letzten Geschwindigkeiten aus dem Experiment gemessen. Die Translatorische kinetische Energie wird anhand dieser Messwerte die Endgeschwindigkeit. Nach der Arbeit-Energiesatz KE und PE Spalten in der Tabelle gleich sein sollten, und sie sind fast. Die Unterschiede in den beiden Werten kommen einfach aus Fehlern in den Messungen im gesamten Experiment, wo eine prozentuale Differenz von rund 10 % aus dieser Art von Experiment zu rechnen.

Beachten Sie, dass mit zunehmender die Ausgangshöhe die Endgeschwindigkeit auch mit einer Rate erhöht, die proportional zur Quadratwurzel der das Größenwachstum ist (vgl. Gleichung 6). Die potentielle Energie des Systems steigt auch mit erhöhten Höhe. Darüber hinaus beachten Sie, dass der Wagen mit der erhöhten Masse (die letzten drei Zeilen in Tabelle 1) höhere potentielle Energie und kinetische Energie im Vergleich zu der unteren Masse Wagen (ersten drei Reihen), aber die endgültige Geschwindigkeiten dieser Wagen die gleichen wie die untere Masse Warenkorb sind. Dies ist sinnvoll, weil die Endgeschwindigkeit nur eine Funktion der Höhe ist (Gleichung 6).

Tabelle 1: Ergebnisse.

Warenkorb-Masse (kg) Höhe (cm) PE (mJ) Vf (m/s) KE (mJ) % Unterschied
0,23 3.4 77 0,8 74 4
0,23 6.8 155 1.2 167 8
0,33 3.4 111 0.85 120 8
0,33 6.8 221 1.25 259 17

Applications and Summary

Anwendungen des Prinzips Arbeit-Energie sind allgegenwärtig. Achterbahnen sind ein gutes Beispiel für diese Energieübertragung. Sie ziehen Sie bis zu einer großen Höhe und bringt Sie auf einer steilen Steigung. Die potentielle Energie, die Sie an der Spitze der Steigung gewinnen wird dann in kinetische Energie für den Rest der Fahrt konvertiert. Die Untersetzer sind auch massive, die potentielle Energie verleiht. Fallschirmspringer nutzen dieses Prinzip auch. Sie fahren in einem Flugzeug, das auf dem System zu bringen bis zu einer Höhe von rund 13.000 Fuß funktioniert. Die Anfangsgeschwindigkeit in vertikaler Richtung ist fast Null, kurz bevor sie springen, und sie schnell Endgeschwindigkeit (wegen des Luftwiderstandes) nach dem Sprung erreichen. Abfeuern einer Pistole konvertiert auch potentielle Energie in kinetische. Das Schießpulver in die Munition hat eine Menge der gespeicherten Energie in chemische Potenzial. Wenn es gezündet wird, funktioniert es auf die Kugel, die die Schnauze mit einer enormen Menge kinetischer Energie verlässt.

Das Prinzip der Arbeit-Energie wurde in diesem Experiment abgeleitet. Mit einem Segelflugzeug auf eine geneigte Air Track, wurde die Arbeit durch die Schwerkraft experimentell bestätigt die Änderung der kinetischen Energie des Systems gleich.

  1. Erhalten eine Luftzufuhr, Stoßstangen, zwei Segelflugzeuge der unterschiedlichen Masse, ein Geschwindigkeitssensor, ein Luft-Track, eine Aluminium-Block und einer Skala (siehe Abbildung 1).
  2. Legen Sie die untere Masse Schirm auf die Waage und notieren Sie seine Masse.
  3. Schließen Sie die Luftzufuhr zum Segelflugzeug Track und schalten Sie ihn ein.
  4. Platzieren Sie den Aluminiumblock unter dem Schirm Stand, in der Nähe der Luftzufuhr. Dies wird die niedrigste Höhe-Konfiguration sein.
  5. Legen Sie den Schirm am oberen Rand der Strecke und Messen Sie die Höhe h1. Die Messung sollte mit Respekt derpraktischen ungefähre Mitte der Masse.
  6. Platzieren Sie den Schirm am Thebottom des Titels und Messen Sie die niedrigere Höhe h0. Der Unterschiedh1 - h0 sollte die Höhe des Aluminium-Block, aber führen Sie die Messungen zu verifizieren.
  7. Legen Sie den Schirm zurück auf die Oberseite der Strecke oberhalb der Bein- und Aluminium-Block, und lassen Sie ihn vom Rest. Notieren Sie ihre Geschwindigkeit V am unteren Ende der Strecke mit der Timing-Gatter. Stellen Sie sicher, dass die Geschwindigkeit in Bezug auf den Punkt gemessen wird, wo h0 gemessen wurde. Tun Sie dies fünf Mal und nehmen Sie die durchschnittliche Geschwindigkeit. Notieren Sie diese Geschwindigkeit in das entsprechende Feld in Tabelle 1.
  8. Legen Sie ein weiteres Aluminiumblock unter dem Schirm Stand. Dadurch wird die potentielle Energie-Berechnung 3,4 cm hinzugefügt. Wiederholen Sie Schritt 1,7.
  9. Füllen Sie in Tabelle 1. KE und PE für jeden Lauf zu berechnen und ihre Unterschiede zu berechnen.
  10. Wiederholen Sie die Schritte 1.2-1.9 bei schwerer Segler.

Figure 1
Abbildung 1 : Versuchsaufbau. Zu den Komponenten zählen: (1) die Luftzufuhr, (2) Stoßstange (3) Schirm, (4) Geschwindigkeitssensor, (5) Air Track und (6) Aluminium-Block.

Energie ist eines der wichtigsten und noch nicht eindeutig Konzepte in der Physik; Glücklicherweise kann die Beziehung zwischen Energie und Arbeit in das Verständnis vieler Physik Probleme helfen.

Energie - vor allem mechanische Energie - ist oft definiert als die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten, das heißt, eine resultierende Kraft auf ein Objekt, wodurch es zu eine gewissen Distanz bewegen auszuüben. Mechanischer Energie kommen in Form von positionsabhängigen Energie, bezeichnet als potentielle Energie und Bewegung-abhängige Energie, kinetische Energie genannt. Während das Potenzial und die kinetische Energie eines Objekts zueinander, das Gesetz der Energie-Erhaltung-Diktat umgewandelt werden können, dass die Gesamtenergie eines isolierten Systems konstant bleiben.

Dieses Video wird Einführung der Arbeit Energieprinzip, diskutieren die Konzepte der kinetischen und potentiellen Energien und das Gesetz der Energieerhaltung verwenden, um diese Energien in einem Experiment mit Segelflugzeugen Abrutschen einer Spur zu beziehen.

Zwar gibt es zahlreiche Arten von Energie, zeigt mechanischer Energie am deutlichsten die Idee, dass Energie ist die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten. Ein solches Beispiel ist, wenn eine Kanonenkugel in eine Mauer fliegt.

Ein Körper, der Kanonenkugel funktioniert in diesem Fall auf ein Objekt, die Wand von Netto Kraftaufwand und verursachen das Objekt, das eine gewisse Distanz zu bewegen. Arbeit ist definiert als das Skalarprodukt die einwirkende Kraft und Abstand verschoben. Diese angewandte Kraft muss in die Richtung der Verschiebung in Reihenfolge für die Arbeit zu tun, das heißt, nur die Komponente der Kraft parallel zur Vertreibung tun kann zu arbeiten.

Jetzt können wir Arbeit in mechanische Energie beziehen die kinetische Energie und potentielle Energie besteht. Hat ein Körper in Bewegung von einem Ort zum anderen, wie z. B. die Kanonenkugel translatorische kinetische Energie und die Fähigkeit, Arbeit zu verrichten.

Angenommen, wir beschleunigen die Kanonenkugel aus eine Anfangsgeschwindigkeit von Vi eine Endgeschwindigkeit von vf - ein Prozess geregelt durch eine Gleichung von Kinematik. Dieses Ereignis erfordert eine ständige Nettokraft, angetrieben von Newtons zweites Gesetz, über eine gewisse Distanz angewendet werden. Durch die Kombination der beiden Gleichungen, und stellt fest, dass die Translatorische kinetische Energie ist definiert als ½mv2, es ist klar, dass die Arbeit auf der Kanonenkugel, ist die Fnet Mal D, ist gleich der Differenz in der letzten und ersten kinetischen Energien. Dies ist das Prinzip der Arbeit-Energie.

Wenn es darum geht, potentielle Energie, hat ein Felsblock am Rande einer Klippe große potenzielle Energie. Nach Freigabe hat es das Potenzial, am Boden funktionieren. Diese potenziellen Arbeit richtet sich nach der Masse von Boulder, Erdbeschleunigung und der Fallhöhe. Und diese Arbeit ist die potentielle Energie gleich vor dem Sturz oder Pi.

Gemäß dem Gesetz vom Gespräch Energie umgewandelt werden kann, während einer Veranstaltung, aber die Gesamtenergie des Systems muss gleich bleiben. Daher muss die Summe der ursprünglichen Potenzial und kinetischen Energien der Summe der letzten Energien entsprechen. Die Boulder Anfangsgeschwindigkeit und kinetische Energie sind gleich Null, während seine endgültige Höhe und potentielle Energie auch Null sind. Daher ist die erste potenzielle Energie gleich die endgültige Translatorische kinetische Energie. Mithilfe unserer vorherigen Gleichungen kann eine Reihe von Beziehungen zwischen Geschwindigkeit, Höhe, Masse und Energie gezogen werden.

Nun, da Sie das Prinzip der Arbeit-Energie und Gesetz der Energieerhaltung gelernt, mal sehen, wie diese Konzepte zu einem Experiment mit mechanischer Energie angewendet werden können.

Dieses Experiment besteht aus einer Luft-Spur, ein paar identische Aluminium Blocks, ein Segelflugzeug, ein Geschwindigkeitssensor, ein paar Gewichte, die das Segelflugzeug, eine Skala, Luftzufuhr und ein Lineal hinzugefügt werden können.

Legen Sie den Schirm auf die Waage und notieren Sie seine Masse. Schließen Sie die Luftzufuhr zum Air Track und schalten Sie ihn ein Maß der Höhe eines Aluminium-Blöcken und in der Labor-Notebook aufzeichnen. Platzieren Sie den Aluminiumblock unter dem Fuß des Luft-Tracks, die die Luftzufuhr am nächsten liegt. Dies wird die niedrigste Höhe-Konfiguration sein.

Legen Sie den Schirm in seine Ausgangsposition zurück und lassen Sie ihn vom Rest. Mit der Geschwindigkeitssensor, erfassen Sie die Gleitschirm-Geschwindigkeit wie es geht die endgültige Position auf der Strecke. Wiederholen Sie diesen Vorgang fünfmal und berechnen Sie Durchschnittsgeschwindigkeit.

Legen Sie eine zusätzliche Aluminium-Block unter die Air Track Anhebung der Höhe-Konfiguration. Messen Sie den Unterschied zwischen hi und hf wie vor und stellen Sie sicher, das ist doppelt so hoch wie eine Aluminium-Block. Wiederholen Sie den Satz von Geschwindigkeitsmessungen für diese Höhe-Konfiguration.

Legen Sie einen endgültigen Aluminiumblock unter die Luft Weg, vorausgesetzt, der Höhenunterschied beträgt nun dreimal die Blockhöhe und wiederholen Sie Geschwindigkeitsmessungen zu. Als Nächstes platzieren Sie einige Gewichte um den Schirm Masse zu erhöhen, und wiederholen Sie das Experiment zur Messung der Geschwindigkeit in drei verschiedenen Höhen.

Mit den Gleichungen abgeleitet vom Prinzip Arbeit-Energie, kann das Potenzial und die kinetischen Energien für jeden Lauf berechnet werden Kenntnis der Einheiten für die einzelnen Variablen. Die potentielle Energie Unterschiede für die verschiedenen Höhen sind in der PE-Spalte der Tabelle aufgeführt. Wie zu erwarten, die potentielle Energie des Systems steigt mit erhöhter Höhe und schwerer Masse, zeigt ein größeres Potential, Arbeit zu verrichten.

Die Werte für die Translatorische kinetische Energie finden sich auch in der Tabelle in der Spalte KE. Ähnlich wie bei der potentiellen Energie, der kinetischen Energie ist größer für die schwereren Segler und noch die letzte Geschwindigkeiten von schwerer Schirm sind die gleichen wie die leichtere Segler. Dies ergibt sich aus der Gleichung, die im Zusammenhang mit den Energien, die Geschwindigkeit ist nur eine Funktion der Höhe. Darüber hinaus steigt die Geschwindigkeit mit einer Geschwindigkeit proportional zur Quadratwurzel der Höhe, wie erwartet.

Nach dem Gesetz der Energieerhaltung KE und PE Spalten in der Tabelle gleich sein sollten, und sie sind fast. Die Unterschiede in den zwei Gruppen von Werten kommen aus Fehlern in den Messungen, Schätzungen zufolge bei etwa 10 % für diese Art von Experiment.

Die Anwendungen, bei denen die Arbeit Energieprinzip sind allgegenwärtig und beinhalten alle verschiedenen Formen von Energie.

Achterbahnen sind ein perfektes Beispiel der Umwandlung von mechanischer Energie. Die massive Coaster wird zunächst zu einer großen Höhe vor einer steilen Steigung hochgezogen. Die wesentliche potentielle Energie gewonnen an der Spitze der Steigung wird dann in kinetische Energie für den Rest der Fahrt konvertiert. Während der Fahrt erfährt die Coaster einen ständigen Austausch von Potential und kinetische Energie.

Chemische Reaktionen zeigen auch Umwandlung von Energie mit der Energie, die in der Regel zwischen chemischen potentielle Energie und thermische Energie ausgetauscht. Wenn die Reaktion exotherm ist, wird die potentielle Energie abgegeben als Wärme an die Umgebung, während das Gegenteil wahr für endotherme Reaktionen. Einige exothermen Reaktionen können explosive dadurch erzeugen kinetische Energie, die auf seine Umgebung funktioniert.

Sie habe nur Jupiters Einführung in Energie und Arbeit mit Gewalt beobachtet. Sie sollten jetzt verstehen das Konzept und die Bedeutung der Arbeit-Energie-Prinzip und wie das Gesetz der Energieerhaltung Potenzial und kinetischen Energien beziehen kann. Danke fürs Zuschauen!

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