انرژی جنبشی

برای پاسخ بیشتر به این سوال که “انرژی جنبشی چیست؟” بیایید قبل از ادامه کار به چند مثال اساسی از اشیاء با KE نگاهی بیندازیم.

1. یک رولر کوستر در حال فرود
2. هواپیمایی در حال پرواز
3. رودخانه ای روان
4. دوچرخه سواری
5. باد

این مثال از اشیاء با KE باید به شما یک مرجع بصری می دهد تا درک آن را آسان کند. یک هواپیما در حال پرواز دارای سرعت سریع و جرم زیادی است که به آن KE زیادی می دهد. در مقابل ، یک حشره پرنده به دلیل سرعت کمتر و جرم کمتر مقدار کمی KE دارد.

واقعیت جالب: در بیلیارد ، هنگامی که یک توپ نشانه ای با یک توپ ثابت برخورد می کند ، به طور کامل متوقف می شود و حرکت کامل و KE کامل خود را منتقل می کند. به این می گویند برخورد الاستیک. هنگامی که حرکت کلی حفظ شود ، برخورد غیر کششی رخ می دهد ، اما یک تغییر KE وجود دارد.

خصوصیات انرژی جنبشی چیست؟

حرکت یک جسم ، که گاهی اوقات به عنوان جسم نیز نامیده می شود ، انرژی جنبشی تولید می کند. این ما را قادر می سازد تا تغییرات مربوط به سرعت را ایجاد کنیم. در اینجا چند ویژگی اصلی دیگر از انرژی جنبشی وجود دارد:

• فقط در صورت تغییر سرعت ، افزایش یا کاهش می یابد.
• در اجسام سنگین تر بیشتر است.
• می تواند به انواع دیگر انرژی تبدیل شود.
• بدون توجه به جهت حرکت جسم متحرک رخ می دهد.
• اندازه گیری آن ژول (J) است.

واقعیت جالب: لرد کلوین برای اولین بار از اصطلاح انرژی جنبشی در حدود سال 1849 اعتبار گرفت ، اما KE به طور مفهومی به دوران ارسطو برمی گردد.

یک جسم همان مقدار انرژی جنبشی را تا زمان کند شدن یا افزایش سرعت خود حفظ می کند.

انرژی جنبشی با سرعت افزایش می یابد. به عنوان مثال ، خودرویی که در جاده حرکت می کند دارای KE است. هنگامی که روی کنترل گشت تنظیم می شود ، KE خودرو ثابت می ماند. هنگامی که خودرو سرعت می گیرد ، انرژی بدن افزایش می یابد ، همانطور که انرژی جنبشی افزایش می یابد.

انرژی جنبشی یک جسم زمانی بیشتر است که شی دارای جرم بیشتری باشد.

به عنوان مثال ، اگر یک ماشین و یک کامیون با یک سرعت حرکت می کنند ، کامیون دارای انرژی جنبشی کل است زیرا جرم بیشتری نسبت به ماشین دارد.

عوامل موثر بر انرژی جنبشی چیست؟

پاسخ در آنچه در بالا می خوانیم نهفته است: جرم و سرعت. وقتی جرم یک جسم دو برابر شود ، انرژی جنبشی آن دو برابر می شود. با این حال ، هنگامی که سرعت یک جسم دو برابر می شود ، انرژی جنبشی آن چهار برابر می شود؛ برعکس ، هنگامی که یک جسم متحرک با جسم دیگری برخورد می کند ، KE آن منتقل می شود. این امر برای انرژی جنبشی حکم می کند: 1/2m v2= ، جایی که m جرم یک جسم و v سرعت یا سرعتی است که جسم حمل می کند.

هر زمان که جرم و سرعت یک جسم متحرک را بدانید ، می توانید از میزان انرژی جنبشی آن مطلع شوید. بعداً برای توضیح کامل تر این موضوع را دوباره مرور می کنیم.

آیا انرژی جنبشی می تواند به اشکال جایگزین انرژی تبدیل شود؟

بله ، انرژی جنبشی می تواند به اشکال جایگزین انرژی مانند گرما تبدیل شود. انرژی گرمایی به عنوان انرژی حرارتی نیز شناخته می شود. وقتی اتمها و مولکولهای یک ماده در اثر افزایش دما سریعتر ارتعاش می کنند ، انرژی گرمایی دریافت می کنیم. بعداً در مورد اشکال جایگزین انرژی نیز صحبت خواهیم کرد.

واقعیت جالب: جوشاندن یک کتری آب چای نمونه ای عالی از انرژی جنبشی و حرارتی است.

انواع انرژی جنبشی چیست؟

ما می دانیم که انرژی جنبشی و پتانسیل سه نوع اصلی انرژی هستند. وقتی یک قدم جلوتر می رویم ، می فهمیم که سه نوع اصلی از انرژی جنبشی وجود دارد:

1. انتقالی
2. چرخشی
3. انرژی جنبشی ارتعاشی

انرژی جنبشی انتقالی به حرکت در فضا بستگی دارد.

یک نمونه از این توپ است که از سقف سقوط آزاد می کند. همانطور که توپ همچنان مستقیم به پایین سقوط می کند ، دارای انرژی جنبشی انتقالی است؛ انرژی جنبشی مستقیماً با جرم جسم (m) و مجذور سرعت آن (v) متناسب است. بنابراین ، قانون انرژی جنبشی ترجمه شده یک جسم ، همانطور که در بالا ذکر شد ، نیمی از حاصلضرب جرم جسم (1/2 متر) و مجذورسرعت آن (v2) است؛ معادله انرژی جنبشی که توسط مکانیک نیوتنی (کلاسیک) به طور دقیق نوشته شده است:

KE = 1/2mv2

با این حال ، وقتی در مورد اجسامی که با سرعت نور در حال حرکت هستند ، این معادله دیگر معتبر نیست. چرا؟ زیرا وقتی با ذرات با سرعت بالا سروکار دارید ، مقادیر بسیار کوچک می شوند. در اینجا ، ما باید از قوانین نسبیت استفاده کنیم.

انرژی جنبشی نسبی عبارت است از افزایش جرم نسبت به آنچه در حالت سکون است ، ضرب در مجذور سرعت نور.

انرژی جنبشی چرخشی به حرکت متمرکز بر محور بستگی دارد

ما از همان توپ قبلی به عنوان مثال استفاده می کنیم ، اما این بار ، توپ به جای سقوط آزاد از سطح شیب دار پایین می آید. در حال حاضر ، دارای انرژی جنبشی چرخشی است؛ با یک جسم چرخان ، KE به سرعت زاویه ای شی در رادیان بر ثانیه و لحظه اینرسی جسم بستگی دارد. سرعت زاویه ای سرعت چرخش است. لحظه اینرسی این است که چقدر راحت می توان چرخش جسم را تغییر داد؛

• لحظه اینرسی (I) مربوط به جرم است.
• سرعت زاویه ای (ω) مربوط به سرعت انتقالی است.
• انرژی جنبشی چرخشی معادل نیمی از محصول لحظه اینرسی (I = kg ∙ m2) و مجذور سرعت زاویه ای (ω = رادیان/ثانیه) است.

حفاظت از انرژی جنبشی در فیزیک چیست؟

قانون حفظ انرژی بیان می کند که نه می تواند انرژی ایجاد بشودد و نه از بین برود. فقط تغییر شکل می دهد در حال حاضر ، ما می دانیم که برخی از نیروهای خارجی مانند اصطکاک و گرانش ، یک جسم را با گذشت زمان کند کرده و به نظر می رسد انرژی آن را از بین می برد. با این حال ، این انرژی که تصور می شود از بین رفته است در واقع دوباره به شکل دیگری ظاهر می شود و در واقع همیشه حفظ می شود.

وقتی اصطکاک یک جسم را کند می کند ، KE به انرژی گرمایی یا حرارتی تبدیل می شود. در این شکل کلی ، حفاظت از انرژی مربوط به قانون اول ترمودینامیک است ، جایی که انرژی از مکانی به مکان دیگر و حالتی به حالت دیگر منتقل می شود.

واقعیت جالب: ترمودینامیک زمانی متولد شد که دانشمندان در قرن نوزدهم بر روی ساخت و کارکردن موتورهای بخار کار کردند.

اشکال انرژی جنبشی چیست؟

 

ما انواع KE و نحوه استفاده از آن را در علم می دانیم. بیایید با بحث در مورد پنج شکل مختلف KE و نحوه استفاده از آن در زندگی روزمره ، به ویژه در خانه ، آن را بیشتر مرتبط کنیم. مخفف آن MELTS است:

1. انرژی مکانیکی

انرژی مکانیکی انرژی است که می توانیم ببینیم. هرچه جسم سریعتر حرکت کند و جرم بیشتری داشته باشد ، انرژی مکانیکی بیشتری دارد و توانایی بیشتری برای انجام کار دارد. یک مثال زمانی است که توپ بولینگ به پین برخورد می کند. اما تاثیرگذارتر ، آسیاب بادی می تواند انرژی باد را مهار کند و یک سد برق آبی می تواند از منبع آب جاری برق تولید کند.

2. انرژی الکتریکی

انرژی الکتریکی بیشتر به عنوان برق شناخته می شود. هنگامی که الکترونهای با بار منفی در اطراف یک مدار جریان می یابد ، الکتریسیته دریافت می کنیم. حرکت این الکترون ها به دستگاه های روزمره ما مانند لامپ میز یا تلفن همراه متصل به دیوار قدرت می دهد.

3. انرژی نور (یا انرژی تابشی)

انرژی نور ، نوعی تابش الکترومغناطیسی ، به انرژی ای گفته می شود که توسط ذرات یا امواج حرکت می کند. این تنها شکل انرژی است که توسط چشم انسان قابل مشاهده است. مثال بارز انرژی تابشی ، گرمای دریافتی از خورشید است. نمونه های دیگر لامپ ، توستر در آشپزخانه شما و اشعه ایکس است.

4. انرژی حرارتی

مانند انرژی تابشی ، ما می توانیم انرژی گرمایی را به شکل گرما تجربه کنیم (بله ، گرما معیار KE است!). با این حال ، انرژی حرارتی به میزان فعالیت اتم و مولکول در یک جسم مربوط می شود. هرچه سریعتر حرکت کنند ، بیشتر با یکدیگر برخورد می کنند؛ برخی از نمونه های عالی انرژی حرارتی عبارتند از پختن در اجاق گاز یا روشن کردن موتور خودرو. مثال دیگر دارای انرژی حرارتی است: انرژی زمین گرمایی یک منبع تجدیدپذیر است که ما از آن برای تولید برق برای خانه های خود استفاده می کنیم.

5. انرژی صدا

انرژی صوتی از طریق ارتعاشات تولید می شود. یک جسم امواج حرکتی را از طریق یک محیط مانند آب یا هوا ایجاد می کند. هنگامی که به پرده گوش ما می رسد ، ارتعاش می کنند ، که باعث می شود مغز ما ارتعاش را به عنوان صدا تفسیر کند. همه چیز از بلندترین طبل گرفته تا کوچکترین زنبور وزوز ارتعاشاتی ایجاد می کند که به نوبه خود باعث ایجاد صدا می شود.

روشهای استفاده از انرژی جنبشی چیست؟ با چه مشکلاتی روبرو هستیم؟