Energie und Arbeit

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!