Kinetična energija: definicija, vrste in povezava z delom

Zagotovo ste študirali na inštitutu kinetična energija pri predmetu fizika. Če ne, ste verjetno že slišali v kakšni znanstveni študiji ali v medijih. In to je ključna energija za preučevanje gibanja predmetov. Vendar mnogim ljudem še vedno ni jasno, kaj kinetična energija v resnici vključuje, kako deluje in kako se meri.

V tem članku vam bomo ponudili a celoten vodnik o kinetični energiji, poglobitvi v njeno definicijo, uporabo, vrste in način izračuna. Poleg tega vam bomo ponudili uporabne primere in pregledali koncepte, povezane z drugimi vrstami energije, da boste v celoti razumeli pomen kinetične energije v fiziki in vsakdanjem življenju.

Želite izvedeti vse o kinetični energiji? Samo še naprej morate brati, če želite izvedeti 

Kakšna je definicija kinetične energije?

Ko govorimo o kinetični energiji, nekateri mislijo, da se nanaša na neko vrsto energije, ki se uporablja za proizvodnjo električne energije ali podobnega vira. Vendar pa je kinetična energija preprosto energija, ki jo ima predmet zaradi svojega gibanja. Na preprost način bi lahko rekli, da ima vsak predmet, ki se premika, kinetično energijo.

Da se predmet v mirovanju začne premikati, je treba nanj delovati s silo. Ko deluje ta sila, predmet premaga sile upora (kot je trenje tal ali zraka) in se začne premikati. Med tem procesom je energija, povezana s premikajočim se predmetom, tista, ki jo imenujemo kinetična energija.

zato Kinetična energija je odvisna od dveh ključnih dejavnikov: mase predmeta in njegove hitrosti. Večja kot je masa in hitrost, večjo kinetično energijo bo imel predmet. Povečanje hitrosti povzroči znatno povečanje energije, saj je energija kvadratno odvisna od hitrosti.

Ta energija se lahko prenaša z enega predmeta na drugega. Na primer, v primeru trka se del kinetične energije udarnega predmeta prenese na udarjeni predmet.

Povezava med kinetično energijo in delom

Kinetična energija je tesno povezana s konceptom dela v fiziki. On delo kinetično energijo izvaja na predmetu, da spremeni njegovo hitrost. To delo je opredeljeno kot produkt sile, ki deluje na predmet, in razdalje, ki jo prepotuje zaradi te sile.

Delovna enačba je:

W = F · d · cos(θ)

Tukaj, W je delo opravljeno, F je velikost uporabljene sile, d je prevožena razdalja in θ je kot med silo in premikom.

Kinetično energijo si lahko predstavljamo kot delo, ki je potrebno, da se predmet pripelje iz mirovanja do trenutne hitrosti.

Vrste kinetične energije

Obstajata dve glavni vrsti kinetične energije, odvisno od vrste gibanja, ki ga predmet opisuje:

• Translacijska kinetična energija: Pojavi se, ko se predmet premika po ravni poti. Na primer, ko avto vozi po ravni cesti, ima translacijsko kinetično energijo.
• Kinetična energija rotacije: Pojavi se, ko se predmet vrti okoli lastne osi. Najbolj jasen primer je kolo, ki se vrti, ali lopatice ventilatorja v gibanju.

Poleg teh vrst se lahko kinetična energija manifestira tudi na drugih ravneh. Na primer, na mikroskopski ravni gibanje atomov v trdni snovi ustvarja a toplotna kinetična energija, ki je odgovorna za toploto. Ustvarjajo se tudi elektroni, ki se gibljejo v vezju električna kinetična energija.

Kako se izračuna kinetična energija?

Izračun kinetične energije predmeta je relativno preprost, če poznate njegovo maso in hitrost. Splošna formula za Kinetična energija podaja:

Za boljše razumevanje te enačbe je koristno razložiti izraze:

• E_c: Predstavlja kinetično energijo, merjeno v joulih (J).
• m: Je masa predmeta, merjena v kilogramih (kg).
• v: Ustreza hitrosti predmeta, merjeno v metrih na sekundo (m/s).

Kot lahko vidite, je kinetična energija sorazmerna z maso, vendar je odvisna od kvadrata hitrosti, kar pomeni, da podvojitev hitrosti predmeta početveri njegovo kinetično energijo.

Poleg tega je lahko kinetična energija telesa vedno pozitivna ali vsaj enaka nič, če telo miruje.

Pospešek in trenje v kinetični energiji

kinetična energija V vesolju ne deluje samo po sebi. Pogosto je pod vplivom drugih sil, predvsem sila trenja in pospešek.

Ko na predmet delujemo s silo, ta začne pospeševati. Z večanjem vaše hitrosti se povečuje tudi vaša kinetična energija. Če pa prenehamo z uporabo sile, bodo drugi dejavniki, kot je trenje zraka ali stik s tlemi, začeli upočasnjevati predmet. Ta proces zmanjšuje njegovo kinetično energijo, dokler se predmet na koncu ne ustavi.

Zato je poznavanje tornih sil bistvenega pomena za razumevanje obnašanja premikajočega se predmeta. Na primer, med vožnjo avtomobila kinetična energija koles nenehno vpliva na podlago, kar določa količino moči, ki je potrebna za premikanje avtomobila.

Formula za kinetično energijo: uporaba v klasični in relativistični mehaniki

V klasični mehaniki, so vključene hitrosti precej pod svetlobno hitrostjo. V tem primeru formula E_c = ½ mv² Popolnoma velja za izračun kinetične energije predmeta.

Vendar pa v relativistična mehanika, je treba upoštevati učinke na Einsteinova teorija posebne relativnosti, ko se predmeti premikajo s hitrostjo blizu svetlobne. V tem primeru klasična oblika formule ni natančna in se uporablja bolj zapletena različica, ki izhaja iz znamenite Einsteinove enačbe. E=m².

Primeri kinetične energije

• Vržena žoga: Ko vržeš žogo, ji daš kinetično energijo. Količina energije je odvisna od hitrosti žoge in njene mase.
• Premikajoči se avto: Avtomobil v kroženju ima kinetično energijo, ki bo odvisna od njegove mase in hitrosti. Pri zaviranju se kinetična energija razprši, predvsem zaradi trenja zavor in pnevmatik s podlago.
• Vrtiljak: Med vožnjo z toboganom avtomobili shranjujejo potencialno energijo, ki se med vožnjo po klancu navzdol pretvori v kinetično energijo.
• padajoče kamenje: Predmet, ki pade z določene višine, s pospeševanjem pridobi kinetično energijo. Ta vrsta kumulativnega gibanja se uporablja v številnih fizičnih poskusih in primerih iz resničnega sveta.

Kinetična energija igra ključno vlogo v neštetih vsakdanjih situacijah in je bistvenega pomena za razumevanje medsebojnega delovanja premikajočih se predmetov v našem svetu. Od najenostavnejšega gibanja žoge do študija elektronov v kvantni fiziki je vse povezano z zakoni, ki vladajo tej obliki energije.