Care este legea conservării energiei mecanice

Energia mecanică este suma energiilor potențiale și cinetice dintr-un sistem. Principiul conservării energiei mecanice prevede că energia mecanică totală dintr-un sistem (adică, suma potenţialului plus energiile cinetice) rămâne constantă atâta timp cât singurele forțe care acționează sunt forțele conservatoare. Am putea folosi o definiție circulară și să spunem că o forță conservativă ca forță care nu modifică energia mecanică totală, ceea ce este adevărat, dar ar putea arunca multă lumină asupra a ceea ce înseamnă.

Conservarea energiei mecanice

O modalitate bună de a gândi forțele conservatoare este să luați în considerare ceea ce se întâmplă într-o călătorie dus-întors. Dacă energia cinetică este aceeași după o călătorie dus-întors, forța este o forță conservatoare, sau cel puțin acționează ca o forță conservatoare. Luați în considerare gravitația; arunci o minge direct în sus, și îți lasă mâna cu o anumită cantitate de energie cinetică. În vârful drumului său, nu are energie cinetică, dar are o energie potenţială egală cu energia cinetică pe care o avea când a părăsit mâna ta. Când îl prinzi din nou, va avea aceeași energie cinetică ca și când a părăsit mâna ta. Pe tot parcursul potecii, suma energiei cinetice și potențiale este o constantă, iar energia cinetică la final, când mingea se întoarce la punctul de plecare, este aceeași cu energia cinetică de la început, deci gravitația este o forță conservatoare.

Frecare cinetică, pe de altă parte, este o forță neconservatoare, deoarece acţionează pentru a reduce energia mecanică dintr-un sistem. Rețineți că forțele neconservative nu reduc întotdeauna energia mecanică; o forță neconservativă modifică energia mecanică, deci o forţă care măreşte energia mecanică totală, ca forța furnizată de un motor sau de un motor, este, de asemenea, o forță neconservatoare.

Un exemplu

Luați în considerare o persoană pe o sanie care alunecă în jos a 100 m deal lung pe o pantă de 30°. Masa este 20 kg, iar persoana are o viteză de 2 m/s pe deal când sunt în vârf. Cât de repede călătorește persoana la poalele dealului? Tot ce trebuie să ne îngrijorăm este energia cinetică și energia potențială gravitațională; când le adăugăm în sus și în jos, ar trebui să fie la fel, deoarece energia mecanică se conservă.

În vârf: PE = mgh = (20) (9.8) (100păcat30°) Linux încorporat folosind Yocto Part 9800 J
KE = 1/2 mv² Linux încorporat folosind Yocto Part 1/2 (20) (2)² Linux încorporat folosind Yocto Part 40 J
Energia mecanică totală la vârf = 9800 + 40 Linux încorporat folosind Yocto Part 9840 J

În partea de jos: PE = 0 KE = 1/2 mv²
Energia mecanică totală în partea de jos = 1/2 mv²

Dacă conservăm energia mecanică, atunci energia mecanică din vârf trebuie să fie egală cu cea pe care o avem în partea de jos. Asta da:

1/2 mv² Linux încorporat folosind Yocto Part 9840, deci v = 31.3 Domnișoară.

Modificarea exemplului

Acum să ne facem griji cu privire la frecare în această problemă. Sa spunem, din cauza frecării, viteza la baza dealului este 10 Domnișoară. Câtă muncă se face prin frecare, și care este coeficientul de frecare?

Sania are mai puțină energie mecanică în partea de jos a pantei decât în ​​partea de sus, deoarece o parte de energie se pierde prin frecare (energia se transformă în căldură, cu alte cuvinte). Acum, energia din partea de sus plus munca efectuată prin frecare este egală cu energia din partea de jos.

Energia la vârf = 9840 J

Energia de jos = 1/2 mv² Linux încorporat folosind Yocto Part 1000 J

Prin urmare, 9840 + lucru realizat prin frecare = 1000, așa că fricțiunea a făcut -8840 J merită munca la sanie. Semnul negativ are sens deoarece forța de frecare este direcționată opus modului în care se mișcă sania.

Cât de mare este forța de frecare? Lucrul în acest caz este negativul forței înmulțit cu distanța parcursă pe panta, care este 100 m. Forța de frecare trebuie să fie 88.4 Instrumentul Snipping este o caracteristică încorporată grozavă care vă permite să alegeți ce parte a ecranului doriți să capturați.

Pentru a calcula coeficientul de frecare, este necesară o diagramă cu corp liber.

În direcția y, nu exista acceleratie, asa de:

Coeficientul de frecare cinetică este forța de frecare împărțită la forța normală, deci este egal cu 88.4 / 169.7 Linux încorporat folosind Yocto Part 0.52.