ما هو قانون حفظ الطاقة الميكانيكية

الطاقة الميكانيكية هي مجموع الطاقات الممكنة والحركية في نظام. مبدأ حفظ الطاقة الميكانيكية ويذكر أن إجمالي الطاقة الميكانيكية في نظام (أي, مجموع الطاقات المحتملة بالإضافة إلى الحركية) لا يزال مستمرا طالما أن القوات الوحيدة التي تعمل هي القوى المحافظة. يمكننا استخدام تعريف دائري ويقولون ان قوة المحافظة كقوة الذي لا يتغير إجمالي الطاقة الميكانيكية, أيهما صحيح, ولكن قد تسليط الكثير من الضوء على ما يعنيه.

الحفاظ على الطاقة الميكانيكية

وهناك طريقة جيدة للتفكير في القوى المحافظة هو النظر في ما يحدث على رحلة ذهابا وإيابا. إذا كانت الطاقة الحركية هي نفسها بعد رحلة ذهابا وإيابا, القوة هي قوة المحافظة, أو على الأقل تتصرف كقوة المحافظة. النظر في خطورة; رمي الكرة على التوالي, ويترك يدك مع كمية معينة من الطاقة الحركية. في الجزء العلوي من مساره, انه ليس لديها الطاقة الحركية, ولكن لديها الطاقة الكامنة مساوية لطاقة حركية وكان ذلك عندما غادرت يدك. عند قبض عليه مرة أخرى سيكون لها نفس الطاقة الحركية كما كان عليه عندما غادرت يدك. على طول الطريق, مجموع الطاقة الحركية والمحتملة هو ثابت, والطاقة الحركية في نهاية, عندما تكون الكرة مرة أخرى في نقطة الانطلاق لل, هو نفس الطاقة الحركية في بداية, حتى الجاذبية هي قوة المحافظة.

الاحتكاك الحركي, من ناحية أخرى, هي القوة غير المحافظة, لأنه يعمل على تقليل الطاقة الميكانيكية في نظام. علما بأن القوات غير المحافظة لا تقلل دائما الطاقة الميكانيكية; قوة غير محافظة تغير الطاقة الميكانيكية, ولذلك فإن القوة التي يزيد مجموع الطاقة الميكانيكية, مثل القوة التي يوفرها المحرك أو المحرك, هو أيضا قوة غير المحافظة.

مثال

يعتبر شخصا على مزلقة ينزلق أسفل 100 مترا التل على 30 درجة انحدر. الكتلة هي 20 كلغ, وكان الشخص لديه سرعة 2 م / ث أسفل التل عندما يكونون في أعلى. كيف بسرعة هو شخص يسافر في أسفل التل? كل ما لدينا ما يدعو للقلق هو الطاقة الحركية والطاقة الكامنة الجاذبية; عندما نضيف هذه في أعلى وأسفل ينبغي أن تكون هي نفسها, لأنه يتم الحفاظ الطاقة الميكانيكية.

في القمة: PE = = MGH (20) (9.8) (100sin30 °) = 9800 J
من = 1/2 فيديو موسيقي² = 1/2 (20) (2)² = 40 J
مجموع الطاقة الميكانيكية في الجزء العلوي = 9800 + 40 = 9840 J

في الأسفل: PE = 0 من = 1/2 فيديو موسيقي²
مجموع الطاقة الميكانيكية في = القاع 1/2 فيديو موسيقي²

إذا كان لنا أن الحفاظ على الطاقة الميكانيكية, ثم الطاقة الميكانيكية في أعلى يجب أن يساوي ما لدينا في الجزء السفلي. هذا يعطي:

1/2 فيديو موسيقي² = 9840, حتى ت = 31.3 الآنسة.

تعديل سبيل المثال

الآن دعونا تقلق الاحتكاك في هذه المشكلة. دعنا نقول, بسبب الاحتكاك, سرعة في أسفل التل 10 الآنسة. مقدار العمل الذي يقوم به الاحتكاك, وما هو معامل الاحتكاك?

مزلقة له طاقة أقل الميكانيكية في أسفل المنحدر من على رأس لفقدان بعض الطاقة للاحتكاك (يتم تحويل الطاقة إلى حرارة, بعبارات أخرى). الآن, الطاقة في أعلى بالإضافة إلى العمل الذي قام به الاحتكاك تساوي الطاقة في الجزء السفلي.

الطاقة على رأس = 9840 J

الطاقة في أسفل = 1/2 فيديو موسيقي² = 1000 J

وبالتالي, 9840 + العمل الذي قام به = الاحتكاك 1000, هكذا فعلت الاحتكاك -8840 بقيمة J العمل على زلاجات. علامة سلبية منطقي لأن قوة الاحتكاك يتم توجيه عكس الطريقة التي يتحرك زلاجات.

كيف كبير هو قوة الاحتكاك? العمل في هذه الحالة هو سلبي من القوة مضروبا في المسافة المقطوعة إلى أسفل المنحدر, الذي 100 م. يجب أن تكون قوة الاحتكاك 88.4 N.

لحساب معامل الاحتكاك, مطلوب مخطط الجسم الحر.

في ص الاتجاه, ليس هناك تسارع, وبالتالي:

معامل الاحتكاك الحركي هو قوة الاحتكاك مقسوما على القوة العمودية, لذلك فمن يساوي 88.4 / 169.7 = 0.52.