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Énergie et travail

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L’énergie est un des concepts plus importants et encore ambiguës en physique ; Heureusement, la relation entre l’énergie et de travail peut aider à la compréhension des nombreux problèmes de physique.

Énergie - en particulier l’énergie mécanique - est souvent définie comme la capacité à effectuer un travail, c'est-à-dire, d’exercer une force nette sur un objet à l’origine de se déplacer à une certaine distance. Énergie mécanique peut prendre la forme d’énergie dépendant de la position, appelée énergie potentielle et dépendante de mouvement énergie, appelée énergie cinétique. Alors que le potentiel et l’énergie cinétique d’un objet peuvent être convertis en un autre, la Loi des impératifs de conservation de l’énergie que l’énergie totale d’un système isolé reste constante.

Cette vidéo va introduire le principe de travail-énergie, de discuter les concepts des énergies cinétiques et potentielles et utiliser la Loi de conservation de l’énergie de relier ces énergies dans une expérience impliquant des planeurs glissant sur une piste.

Bien qu’il existe de nombreux types d’énergie, énergie mécanique illustre plus clairement l’idée que l’énergie est la capacité à effectuer un travail. Un tel exemple est quand un boulet de Canon vole dans un mur de briques.

Dans ce cas, un organisme, le boulet de Canon, fonctionne sur un objet, le mur, en exerçant une force nette et en provoquant l’objet à déplacer une certaine distance. Travail est défini comme le produit scalaire de la force appliquée et la distance parcourue. Cette force appliquée doit être dans le sens du déplacement afin que le travail à faire, c’est uniquement la composante de force parallèle au déplacement peut faire travailler.

Maintenant, nous pouvons comprendre le travail d’énergie mécanique, qui est composé d’énergie cinétique et énergie potentielle. A un corps en mouvement d’un endroit à un autre, comme le boulet de Canon, translationnelle énergie cinétique et la possibilité d’effectuer un travail.

Supposons que nous accélérons le boulet de Canon d’une vitesse initiale de vi à une vitesse finale de vf - un processus régi par une équation de la cinématique. Cet événement requiert une force nette constante, conduite par la seconde loi de Newton, à appliquer sur une certaine distance. En combinant les deux équations et en notant que l’énergie cinétique de translation est définie comme ½mv2, il est clair que le travail effectué sur le boulet de Canon, qui est Fnet fois D, est égale à la différence de l’énergie cinétique final et initial. C’est le principe de travail-énergie.

Quand il s’agit de l’énergie potentielle, un rocher au bord d’une falaise a grande énergie de potentielle gravitationnelle. Dès leur publication, il a le potentiel de faire un travail sur le terrain. Ce travail potentiel dépend de la masse du rocher, accélération due à la pesanteur et la hauteur de la chute. Et ce travail est égal à l’énergie potentielle avant l’automne, ou Pi.

Conformément à la Loi de la conversation, l’énergie peut être convertie au cours d’un événement, mais l’énergie totale du système doit rester la même. Par conséquent, la somme des énergies cinétiques et potentiel initial doit égale à la somme des énergies finales. Du rocher vitesse initiale et l’énergie cinétique sont nuls, alors que sa hauteur finale et l’énergie potentielle sont également nulles. L’énergie initiale de potentiel gravitationnel est donc égale à l’énergie cinétique de translation final. En utilisant nos équations précédentes, on peut tirer un certain nombre de relations entre la vitesse, la hauteur, la masse et l’énergie.

Maintenant que vous avez appris le principe de travail énergétique et de la Loi de conservation de l’énergie, nous allons voir comment ces concepts peuvent être appliquées à une expérience impliquant l’énergie mécanique.

Cette expérience se compose d’un capteur de vitesse, une voie d’air, quelques pâtés de maisons identiques en aluminium, un planeur, un peu de poids qui peut être ajouté à la voile, une échelle, d’air et une règle.

Placer le planeur sur la balance et noter sa masse. Connecter l’alimentation en air à la voie aérienne et allumez-le mesure la hauteur de l’un des blocs d’aluminium et les consigner dans le cahier de laboratoire. Placer le bloc en aluminium sous le pied de la voie d’air qui se trouve plus proche de l’alimentation en air. Il s’agit de la configuration de hauteur plus basse.

Placez la voile à sa position initiale et libérez-le de repos. En utilisant le capteur de vitesse, d’enregistrer la vitesse du planeur lors de son passage à la position finale sur la piste. Répétez cette procédure cinq fois et calculer la vitesse moyenne.

Placez un bloc d’aluminium supplémentaire sous le rail aérien soulevant la configuration de la hauteur. Mesurer la différence entre hi et hf comme avant et vérifier il s’agit de deux fois la hauteur d’un bloc d’aluminium. Répétez l’ensemble des mesures de la vitesse pour cette configuration de hauteur.

Placez un bloc en aluminium final selon la voie aérienne, en supposant que la différence de hauteur est maintenant trois fois la hauteur de bloc et répéter les mesures de la vitesse. Ensuite, placer des poids pour augmenter la masse du planeur et répétez l’expérience permettant de mesurer les vitesses à trois hauteurs différentes.

En utilisant les équations dérivées du principe de travail-énergie, le potentiel et l’énergie cinétique de chaque série peut être calculée en connaissant les unités pour chacune des variables. Les différences d’énergie potentielle pour les différentes hauteurs sont répertoriés dans la colonne de PE de la table. Comme prévu, l’énergie potentielle du système augmente avec une augmentation de hauteur et masse plus lourde, ce qui indique un plus grand risque de faire un travail.

Les valeurs de l’énergie cinétique de translation se trouvent également dans le tableau dans la colonne KE. Semblable à l’énergie potentielle, l’énergie cinétique est plus grande pour le planeur lourd et encore la vitesse finale du planeur lourd est les mêmes que le planeur plus léger. C’est clair d’après l’équation reliant les énergies où la vitesse est uniquement fonction de la hauteur. En outre, la vitesse augmente à une vitesse proportionnelle à la racine carrée de la hauteur comme prévu.

Conformément à la Loi de conservation de l’énergie, les colonnes KE et PE dans le tableau doivent être égales, et ils sont presque. Les discordances dans les deux ensembles de valeurs proviennent d’erreurs dans les mesures prises qui sont estimés à environ 10 % pour ce type d’expérience.

Les applications mettant en cause le principe de travail-énergie sont omniprésentes et impliquent toutes les différentes formes d’énergie.

Montagnes russes sont un parfait exemple de conversion d’énergie mécanique. Le coaster massif est initialement tiré vers le haut à une grande hauteur face à une pente raide. L’énergie potentielle considérable acquise au sommet de la pente est ensuite convertie en énergie cinétique pour le reste du trajet. Pendant le trajet, le coaster éprouve un échange constant de potentiel et l’énergie cinétique.

Réactions chimiques présentent également la conversion de l’énergie avec l’énergie étant généralement échangée entre l’énergie chimique potentielle et l’énergie thermique. Si la réaction est exothermique, l’énergie potentielle est dégagée sous forme de chaleur à l’environnement, alors que l’inverse est vrai pour les réactions endothermiques. Certaines réactions exothermiques peuvent être explosives générant ainsi l’énergie cinétique qui fonctionne sur ses environs.

Vous avez juste regardé introduction de Jupiter à l’énergie et de travail par la Force. Vous devez maintenant comprendre le concept et l’importance du principe travail-énergie et comment la Loi de conservation de l’énergie peut se rapporter à potentiel et l’énergie cinétique. Merci de regarder !

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