Кинетична енергия: определение, видове и връзка с работата

Със сигурност сте учили в института кинетична енергия в предмета физика. Ако не, вероятно сте го чували в някое научно изследване или в медиите. И това е решаваща енергия за изследване на движението на обекти. Въпреки това, много хора все още не са наясно какво всъщност включва кинетичната енергия, как работи и как се измерва.

В тази статия ще предложим a пълно ръководство за кинетичната енергия, задълбочавайки се в нейното определение, употреби, видове и как се изчислява. Освен това ще предоставим полезни примери и преглед на концепции, свързани с други видове енергия, така че да разберете напълно значението на кинетичната енергия във физиката и ежедневието.

Искате ли да знаете всичко за кинетичната енергия? Просто трябва да продължите да четете, за да разберете 

Какво е определението за кинетична енергия?

Когато говорим за кинетична енергия, някои хора смятат, че тя се отнася до някакъв вид енергия, която се използва за генериране на електричество или подобен ресурс. Но кинетичната енергия е просто енергия, която даден обект има поради своето движение. По прост начин можем да кажем, че всеки обект, който се движи, има кинетична енергия.

За да започне да се движи обект в покой, към него трябва да бъде приложена сила. Когато се приложи тази сила, обектът преодолява силите на съпротивление (като триене на земята или въздух) и започва да се движи. По време на този процес енергията, свързана с движещия се обект, е това, което наричаме кинетична енергия.

Следователно, Кинетичната енергия зависи от два ключови фактора: масата на обекта и неговата скорост. Колкото по-голяма е масата и скоростта, толкова повече кинетична енергия ще има обектът. Увеличаването на скоростта води до значително увеличение на енергията, тъй като енергията зависи от скоростта квадратично.

Тази енергия може да се прехвърля от един обект на друг. Например, в случай на сблъсък, част от кинетичната енергия на удрящия се обект се прехвърля към ударения обект.

Връзка между кинетична енергия и работа

Кинетичната енергия е тясно свързана с концепцията за работа във физиката. той работа извършена върху обект, за да промени скоростта му, е това, което му дава кинетичната енергия. Тази работа се определя като произведение на силата, приложена към обекта, и разстоянието, което изминава поради тази сила.

Работното уравнение е:

W = F · d · cos(θ)

Тук, W свършена ли е работата, F е величината на приложената сила, d е изминатото разстояние и θ е ъгълът между силата и преместването.

Можем да мислим за кинетичната енергия като за работата, необходима за привеждане на обект от покой до текущата му скорост.

Видове кинетична енергия

Има два основни вида кинетична енергия в зависимост от типа движение, което обектът описва:

• Кинетична енергия на транслация: Възниква, когато обект се движи по права траектория. Например, когато кола се движи по прав път, тя има транслационна кинетична енергия.
• Кинетична енергия на въртене: Появява се, когато обект се върти около собствената си ос. Най-яркият пример е този на въртящо се колело или перките на вентилатор в движение.

В допълнение към тези видове, кинетичната енергия може да се прояви и на други нива. Например, на микроскопично ниво движението на атомите в твърдото тяло генерира a топлинна кинетична енергия, който отговаря за топлината. Електрони, движещи се във верига, също генерират електрическа кинетична енергия.

Как се изчислява кинетичната енергия?

Изчисляването на кинетичната енергия на обект е сравнително лесно, ако знаете неговата маса и скорост. Общата формула на Кинетична енергия се дава от:

За да разберете по-добре това уравнение, е полезно да обясните термините:

• E_c: Представлява кинетичната енергия, измерена в джаули (J).
• m: Това е масата на обекта, измерена в килограми (kg).
• v: Съответства на скоростта на обекта, измерена в метри в секунда (m/s).

Както можете да видите, кинетичната енергия е пропорционална на масата, но зависи от квадрата на скоростта, което означава, че удвояването на скоростта на обект учетворява кинетичната му енергия.

Освен това, кинетичната енергия на даден обект винаги може да бъде положителна или поне равна на нула, ако обектът е в покой.

Ускорение и триене в кинетичната енергия

кинетична енергия Той не действа сам по себе си във Вселената. Често се влияе от други сили, предимно от сила на триене и ускорение.

Когато приложим сила към обект, той започва да се ускорява. С увеличаването на скоростта ви нараства и кинетичната ви енергия. Ако обаче спрем да прилагаме сила, други фактори, като въздушно триене или контакт със земята, ще започнат да забавят обекта. Този процес намалява неговата кинетична енергия, докато в крайна сметка обектът спре.

Поради тази причина познаването на силите на триене е от съществено значение за разбиране на поведението на движещ се обект. Например, при шофиране на автомобил кинетичната енергия на колелата постоянно взаимодейства със земята, което определя количеството мощност, необходимо за поддържане на движението на автомобила.

Формула за кинетична енергия: приложение в класическата и релативистка механика

В класическата механика, включените скорости са доста под скоростта на светлината. В този случай формулата E_c = ½ mv² Той е напълно валиден за изчисляване на кинетичната енергия на обект.

Въпреки това, в релативистка механика, е необходимо да се вземат предвид ефектите от Специалната теория на относителността на Айнщайн, когато обектите се движат със скорост, близка до светлинната. В тази ситуация класическата форма на формулата не е точна и се използва по-сложна версия, получена от известното уравнение на Айнщайн. E=m².

Примери за кинетична енергия

• Хвърлена топка: Когато хвърляте топка, вие й давате кинетична енергия. Количеството енергия зависи от скоростта на топката и нейната маса.
• Движеща се кола: Автомобилът в движение има кинетична енергия, която ще зависи от неговата маса и скорост. При спиране кинетичната енергия се разсейва, главно чрез триенето на спирачките и гумите със земята.
• Влакчета: Когато карате влакче в увеселителен парк, колите съхраняват потенциална енергия, която се преобразува в кинетична енергия, докато колата се движи надолу по склоновете.
• падащи камъни: Обект, който пада от определена височина, получава кинетична енергия, докато се ускорява. Този тип кумулативно движение се използва в множество физически експерименти и примери от реалния свят.

Кинетичната енергия играе решаваща роля в безброй ежедневни ситуации и е фундаментална за разбирането как взаимодействат движещите се обекти в нашия свят. От най-простото движение на топка до изследването на електроните в квантовата физика, всичко е свързано от законите, които управляват тази форма на енергия.