Word meganiese energie bespaar: hoekom, wanneer en gedetailleerde feite en algemene vrae


Meganiese energie is daardie tipe energie wat in werking tree wanneer die liggaam in beweging is of as gevolg van sy posisie. Kom ons weet is meganiese energie bewaar. 

Meganiese energie word bewaar solank die weerstand wat die omgewing bied, geïgnoreer word. Dit is van twee soorte: kinetiese energie (as gevolg van beweging) en potensiële energie (as gevolg van die posisie). Meganiese energie is basies die som van hierdie twee soorte kragte. 

Gestel 'n motor is in beweging, dan sal die energie wat dit besit kinetiese energie wees wat gelyk is aan 1/2 mv2. Net so, as die bal op 'n tafel gehou word en ons lig dit tot 'n mate op, dan sal die energie daarin potensiële energie, mgh, wees as gevolg van sy verplasing.

Nou weet ons dat die meganiese energie van 'n sisteem konstant bly regdeur die reis as ons ander faktore soos lugweerstand, wrywing, ens. verwaarloos. Byvoorbeeld, as 'n seun op 'n terras staan ​​en 'n bal in sy hand hou. Nou by die boonste posisie is die potensiële energie maksimum, en aangesien die snelheid nul is, is die kinetiese energie nul sou wees. As die seun die bal laat val, sal dit in beweging kom; dit wil sê, sy kinetiese energie sal toeneem, en potensiële energie sal afneem. Deur hierdie voorbeeld leer ons dus of meganiese energie behoue ​​bly of nie. 

word meganiese energie bewaar
Image Credit: Wikipedia

Wanneer word meganiese energie bewaar?

Die meganiese energie bly behoue ​​wanneer slegs interne kragte werk op die liggaam en geen eksterne kragte is in aksie nie. Dit beteken dat kinetiek en potensiaal kan aanhou verander gedurende die reis. Maar hul som is konstant op elke punt. 

Die kragte is konserwatief, dit wil sê hulle is nie afhanklik van die pad van die bewegende voorwerp nie en is slegs afhanklik van die begin- en eindposisie. Byvoorbeeld, die gravitasie krag is konserwatief in die natuur, terwyl die weerstand wat lug bied nie-konserwatief van aard is aangesien dit van die pad afhang. 

Uit die wet van behoud van meganiese energie het ons: 

EK = KE + PE 

EK is die meganiese energie, KE is die kinetiese energie, en PE is die potensiële energie.

Ons het;

ME = 1/2 mv2+ mgh= konstante 

Kf + Blf =Ki + Bli

Dit wil sê, die som van finale kinetiese energie en potensiële energie is gelyk aan die som van aanvanklike kinetiese en potensiële energie.

Ons kan dit in detail verstaan ​​met behulp van 'n voorbeeld. In rollercoaster-ritte word die meganiese oorblyfsels in die hele reis bewaar. Wanneer die rollercoaster begin, verkry dit kinetiese energie as gevolg van beweging. Die kinetiese energie begin dan verander in potensiële energie, wat maksimum word aan die bokant van die posisie. As jy verder beweeg, begin die potensiële energie in kinetiese energie verander. By die punt net bokant die grond word die kinetiese energie maksimum en die potensiële energie die minimum. 

Waarom word meganiese energie bewaar?

"Die wet van behoud van energie bepaal dat energie nie geskep of vernietig kan word nie." En dus is die verskillende tipes energie moontlik as gevolg van die omskakeling daarvan van een vorm na 'n ander. Volgens hierdie wet bly die meganiese energie behoue. 

As ons die kragte as konserwatief beskou, verander kinetiese energie heeltemal in potensiële energie. Maar as sommige eksterne kragte op die voorwerp inwerk, dan word van die energie verdryf om dit te oorkom. In hierdie geval sal die energie nie heeltemal bewaar word nie. 

Waarom word meganiese energie nie altyd bewaar nie?

Dit is nie nodig dat meganiese energie behoue ​​bly nie. Dit bly slegs wanneer die kragte wat op voorwerpe inwerk bewaar word, en geen eksterne krag in aksie is nie. As die eksterne kragte in werking tree, word die meganiese energie nie-konserwatief  

Die kragte soos wrywing, lugweerstand, viskositeit teen die beweging van enige voorwerp. Om hulle dus te oorkom, word 'n bietjie werk gedoen, wat lei tot die omskakeling van 'n deel van meganiese energie in termiese energie. Byvoorbeeld, as 'n bal op die grond gerol word, stop dit na 'n rukkie wat as gevolg van wrywing is. 

In hierdie geval, die totale meganiese energie word gelyk aan kineties + potensiaal + termies energie.  

Word meganiese energie in vrye val bewaar? 

Vryval beteken dat voorwerpe vrylik onder die invloed van swaartekrag val. In vrye val bly die meganiese energie van 'n voorwerp bewaar. Die tempo van snelheid bly konstant deur die val totdat dit die grond tref. 

Met 'n voorbeeld, kom ons kyk hoe die energie bewaar word. In die bostaande figuur het ons 'n voorwerp op 'n hoogte h wat vrylik val. Kom ons sien nou die meganiese energie by drie verskillende punte A, B en C. 

By punt A het ons;

PE = mgh 

KE = 0 as v = 0

EK = PE + KE

ME = mgh + 0

EK = mgh

Nadat die voorwerp deur 'n afstand 'x' gereis het, kom die voorwerp by punt B. 

PE = mg(hx) = mgh – mgx

Nou, vir kinetiese energie, het ons u = 0 en s = x en a = g

As ons dus in Newton se derde bewegingsvergelyking vervang, het ons:

2as = v2 - u2

2gx = v2 - 02

2gx = v2

Daarom, KE = 1/2 mv2

KE =1/2 m 2 gx = mgx

Nou, EK = KE + PE

ME = mgx + mgh – mgx

EK = mgh 

Nou by punt C net effens bo die grond, het ons;

PE = 0; aangesien h = 0 

Met behulp van die derde bewegingsvergelyking het ons weer: 

2as = v2 - u2

2gh = v2 - 02

v2 = 2gh

Daarom word die kinetiese energie:

KE = 1/2 mv2

KE = 1/2 m 2gh

KE = mgh 

daarom:

EK = KE + PE 

ME = mgh + 0 

EK = 0 

As ons na die bostaande voorbeeld kyk, het dit duidelik geword dat ons by al die drie punte A, B en C totale meganiese energie het wat gelyk is aan mgh. Dit is dat dit gedurende die reis bewaar bly. Nou is dit verstaanbaar hoe meganiese energie bewaar word.

Word meganiese energie in werklike situasies bewaar?

Die meganiese energie bly in 'n groot mate bewaar. Daar is egter altyd 'n soort eksterne krag wat op die voorwerp inwerk. As hulle dus in baie lae omvang teenwoordig is, word die energie bewaar. 

Neem die voorbeeld van pyl en boog. Wanneer die pyl gestrek word, verkry dit potensiële energie. Wanneer jy die pyl loslaat, word gestoorde potensiële energie in kinetiese energie omgeskakel. Dus kom die totale meganiese energie van die pyl-en-boogstelsel uit as die som van kinetiese en potensiële energie. Nou, as daar lugweerstande is, sal die kinetiese energie van die pyl verlore gaan as termiese energie en dus die finale meganiese energie verminder. 

Die Aarde-Maan-stelsel het die meganiese energie wat altyd bewaar word. As gevolg van die posisie van die maan ten opsigte van die Aarde, verkry dit potensiële energie. En wanneer die maan om die Aarde draai, is dit in beweging, en daarom word die potensiële energie verander in kinetiese energie. Energie word dus van een vorm na 'n ander omgeskakel. 

Die motor beweeg op 'n pad en ervaar wrywing. Nou verander wrywing 'n mate van meganiese energie in wrywing. Dit is 'n voorbeeld waarin meganiese energie nie bewaar word nie. 

Hoe word meganiese energie op grond van die aktiwiteit bewaar? 

Kom ons bewys hoe meganiese energie bewaar word deur die pendulum te gebruik. Die figuur hierbo wys vir ons die pendulum. Dit beweeg periodiek van posisie O na A, dan weer na O en dan na B, en uiteindelik weer na O. 

Kom ons sien die meganiese energie van die pendulum by drie verskillende posisies soos A, B en O. In hierdie geval; ons verwaarloos die wrywing tussen lug en die bob van die eenvoudige pendulum. Die massa van die bob is 'm'. 

Neem die slinger na die A-posisie en laat val dit dan. Die pendulum begin ossilleer. By posisie A is die bob op hoogte 'h' en snelheid word 0; daarom het ons: 

PE = mgh

KE = 0

Totale meganiese energie = 0 + mgh = mgh

Wanneer die bob nou van posisie A na O beweeg, begin die hoogte h afneem en word 0 by punt O. Aangesien die bob 'n bietjie in beweging het, begin sy snelheid toeneem en daarom verander sy potensiële energie in kinetiese energie. Nou by punt O, het ons:

PE = 0, as h=0

KE = mgh 

Totale meganiese energie = mgh + 0 = mgh

Vanaf die O-posisie begin die slinger na punt B beweeg. As jy van B na O beweeg, begin die hoogte toeneem en word maksimum by B, dws h. Nou begin die snelheid afneem en word 0. Daarom het ons by B-posisie:

PE = mgh

KE = 0

Totale meganiese energie = 0 + mgh = mgh

Op elke punt het ons 'n totale meganiese energiekonstante. Hieruit kry ons dus dat meganiese energie behoue ​​bly in die sisteem van die pendulum. 

Hoe kan jy bewys dat meganiese energie bewaar word?

Kom ons bewys dat meganiese energie behoue ​​bly. Neem 'n bal om te sê dat dit van 200 gram; lig dit nou tot 'n hoogte van 100 cm. Nou sal die potensiële energie: 

PE = mgh 

PE = 200/1000 kg*9.8 * (100/100)

PE = 1.96 J

Aangesien snelheid 0 is, sal kinetiese energie dus ook 0 wees. 

Daarom, 

Totale meganiese energie = PE + KE

ME = 1.96 + 0

ME = 1.96 J

Laat nou die bal los en gebruik die derde bewegingsvergelyking en bereken die snelheid van die bal. 

2as = v2 - u2

2*9.8 = v2

v2 = 19.6

KE = 1/2 m v2 + mgh

KE = 1/2 *{200/1000}19.6

KE = 1.96 J 

Wanneer die bal die grond tref, sal sy potensiaal 0 word. 

Meganiese Energie = PE + KE

Meganiese Energie = 0 + 1.96 

M. E = 1.96 J 

Daar kan min variasies wees as gevolg van lugweerstand. In die voorbeeld hierbo het ons die lugweerstand geïgnoreer; daarom word meganiese energie presies gelyk gevind. So, nou weet ons hoe, wanneer en hoekom meganiese energie bewaar word. 

Kwelvrae (FAQs)

Wat is die wet van behoud van energie?

Volgens die wet van bewaringsenergie weet ons dat energie nie op sy eie gevorm of vernietig kan word nie. Dit verander net die vorm. 

Bly meganiese energie altyd bewaar?

Daar word gesê dat die vorm van energie wat óf te wyte is aan die posisie óf beweging van 'n voorwerp is meganiese energie. 

Die meganiese energie bly behoue ​​gedurende die reis slegs wanneer die interne kragte daarop inwerk. As enige nie-konserwatiewe krag op die voorwerp inwerk, word die meganiese energie nie bewaar nie. 

Wanneer word meganiese energie nie bewaar nie?

 Meganiese energie word nie bewaar nie wanneer ons wrywing of lugweerstand in ag neem. Wanneer die kragte nie-konserwatief is, dan verdwyn van die meganiese energie as termiese energie. 

Rabiya Khalid

Hallo, ek is Rabiya Khalid, besig met my meestersgraad in Wiskunde. Artikel skryf is my passie en ek skryf nou al meer as 'n jaar professioneel. Omdat ek 'n wetenskapstudent is, het ek 'n aanleg om te lees en skryf oor wetenskap en alles wat daarmee verband hou. As jy hou van wat ek skryf, kan jy met my kontak maak op LinkedIn: https://www.linkedin.com/mwlite/in/rabiya-khalid-bba02921a In my vrye tyd laat ek my kreatiewe kant op 'n doek uit. Jy kan my skilderye nagaan by: https://www.instagram.com/chronicles_studio/

Onlangse plasings