Кинетическая энергия: определение, виды и связь с работой

Наверняка вы учились в институте кинетическая энергия по предмету физика. Если нет, то вы, вероятно, слышали об этом в каком-то научном исследовании или в средствах массовой информации. И это решающая энергия для изучения движения объектов. Однако многим людям до сих пор неясно, что на самом деле представляет собой кинетическая энергия, как она работает и как ее измеряют.

В этой статье мы предложим полное руководство о кинетической энергии, углубившись в ее определение, использование, типы и способы ее расчета. Кроме того, мы предоставим полезные примеры и рассмотрим концепции, связанные с другими видами энергии, чтобы вы полностью поняли важность кинетической энергии в физике и повседневной жизни.

Хотите знать все о кинетической энергии? Вам просто нужно продолжать читать, чтобы узнать 

Какое определение для кинетической энергии?

Говоря о кинетической энергии, некоторые люди думают, что она относится к некоторому типу энергии, которая используется для выработки электричества или аналогичного ресурса. Однако кинетическая энергия – это просто энергия, которой объект обладает благодаря своему движению. Проще говоря, мы могли бы сказать, что любой движущийся объект обладает кинетической энергией.

Чтобы неподвижный объект начал двигаться, к нему необходимо приложить силу. При приложении этой силы объект преодолевает силы сопротивления (например, трение земли или воздуха) и начинает двигаться. Во время этого процесса энергия, связанная с движущимся объектом, является тем, что мы называем кинетической энергией.

Таким образом, Кинетическая энергия зависит от двух ключевых факторов: массы объекта и его скорости.. Чем больше масса и скорость, тем больше кинетической энергии будет иметь объект. Увеличение скорости вызывает значительный рост энергии, так как энергия зависит от скорости квадратично.

Эта энергия может передаваться от одного объекта к другому. Например, в случае столкновения часть кинетической энергии ударяющегося объекта передается объекту удара.

Связь между кинетической энергией и работой

Кинетическая энергия тесно связана с понятием работы в физике. Он работа выполняемое над объектом изменение его скорости – это то, что придает ему кинетическую энергию. Эта работа определяется как произведение силы, приложенной к объекту, и расстояния, которое он проходит под действием этой силы.

Уравнение работы:

W = F · d · cos(θ)

здесь, W проделана ли работа, F - величина приложенной силы, d - пройденное расстояние, и θ это угол между силой и перемещением.

Мы можем думать о кинетической энергии как о работе, необходимой для того, чтобы привести объект из состояния покоя к его текущей скорости.

Типы кинетической энергии

Выделяют два основных вида кинетической энергии в зависимости от типа движения, которое описывает объект:

• Поступательная кинетическая энергия: происходит, когда объект движется по прямой траектории. Например, когда автомобиль движется по прямой дороге, он обладает поступательной кинетической энергией.
• Кинетическая энергия вращения: Появляется, когда объект вращается вокруг своей оси. Самый яркий пример — вращающееся колесо или движущиеся лопасти вентилятора.

Помимо этих видов, кинетическая энергия может проявляться и на других уровнях. Например, на микроскопическом уровне движение атомов в твердом теле порождает тепловая кинетическая энергия, который отвечает за тепло. Электроны, движущиеся по цепи, также генерируют электрическая кинетическая энергия.

Как рассчитывается кинетическая энергия?

Вычислить кинетическую энергию объекта относительно просто, если известны его масса и скорость. Общая формула Кинетическая энергия дается:

Чтобы лучше понять это уравнение, полезно объяснить следующие термины:

• E_c: представляет кинетическую энергию, измеряемую в джоулях (Дж).
• m: это масса объекта, измеряемая в килограммах (кг).
• v: Соответствует скорости объекта, измеряемой в метрах в секунду (м/с).

Как видите, кинетическая энергия пропорциональна массе, но зависит от квадрата скорости, а это означает, что увеличение скорости объекта в два раза увеличивает его кинетическую энергию в четыре раза.

Более того, кинетическая энергия объекта всегда может быть положительной или, по крайней мере, равной нулю, если объект покоится.

Ускорение и трение в кинетической энергии

кинетическая энергия Он не действует сам по себе во Вселенной. На него часто влияют другие силы, в первую очередь сила трения и ускорение.

Когда мы прикладываем к объекту силу, он начинает ускоряться. По мере увеличения вашей скорости будет увеличиваться и ваша кинетическая энергия. Однако если мы перестанем применять силу, другие факторы, такие как трение воздуха или контакт с землей, начнут замедлять объект. Этот процесс уменьшает его кинетическую энергию, пока в конечном итоге объект не остановится.

По этой причине знание сил трения необходимо для понимания поведения движущегося объекта. Например, при движении автомобиля кинетическая энергия колес постоянно взаимодействует с землей, что определяет количество мощности, необходимое для поддержания движения автомобиля.

Формула кинетической энергии: применение в классической и релятивистской механике.

В классической механике, задействованные скорости значительно ниже скорости света. В этом случае формула E_c = ½ м² Это совершенно справедливо для расчета кинетической энергии объекта.

Однако в релятивистская механика, необходимо учитывать влияние Специальная теория относительности Эйнштейна, когда объекты движутся со скоростями, близкими к световой. В этой ситуации классическая форма формулы не является точной, и используется более сложная версия, полученная из знаменитого уравнения Эйнштейна. Е = мк².

Примеры кинетической энергии

• Брошенный мяч: Когда вы бросаете мяч, вы передаете ему кинетическую энергию. Количество энергии зависит от скорости мяча и его массы.
• Движущаяся машина: Автомобиль, находящийся в обращении, обладает кинетической энергией, которая будет зависеть от его массы и скорости. При торможении кинетическая энергия рассеивается, главным образом, за счет трения тормозов и шин о землю.
• Американские горки: При езде на американских горках автомобили накапливают потенциальную энергию, которая преобразуется в кинетическую энергию при движении автомобиля вниз по склону.
• падающие камни: Объект, падающий с определенной высоты, приобретает кинетическую энергию по мере ускорения. Этот тип совокупного движения используется во многих физических экспериментах и ​​примерах из реальной жизни.

Кинетическая энергия играет решающую роль в бесчисленных повседневных ситуациях и имеет основополагающее значение для понимания того, как взаимодействуют движущиеся объекты в нашем мире. От простейшего движения шарика до изучения электронов в квантовой физике – все связано законами, управляющими этой формой энергии.