Sheria ya Uhifadhi wa Nishati ya Mitambo ni nini

Nishati ya mitambo ni jumla ya uwezo na nishati ya kinetic katika mfumo. Kanuni ya uhifadhi wa nishati ya mitambo inasema kwamba jumla ya nishati ya mitambo katika mfumo (i.e., jumla ya uwezo pamoja na nguvu za kinetic) inabaki thabiti mradi tu nguvu zinazofanya kazi ni nguvu za kihafidhina. Tunaweza kutumia ufafanuzi wa mduara na kusema kwamba nguvu ya kihafidhina kama nguvu ambayo haibadilishi jumla ya nishati ya mitambo., ambayo ni kweli, lakini inaweza kutoa mwanga mwingi juu ya maana yake.

Uhifadhi wa nishati ya mitambo

Njia nzuri ya kufikiria nguvu za kihafidhina ni kuzingatia kile kinachotokea kwenye safari ya kurudi. Ikiwa nishati ya kinetic ni sawa baada ya safari ya kurudi, nguvu ni nguvu ya kihafidhina, au angalau inafanya kazi kama nguvu ya kihafidhina. Fikiria mvuto; unarusha mpira moja kwa moja, na inaacha mkono wako na kiasi fulani cha nishati ya kinetic. Juu ya njia yake, haina nishati ya kinetic, lakini ina uwezo wa nishati sawa na nishati ya kinetic iliyokuwa nayo wakati iliondoka kwenye mkono wako. Unapoikamata tena itakuwa na nishati ya kinetic sawa na iliyokuwa nayo wakati inaacha mkono wako. Njiani kote, jumla ya nishati ya kinetic na uwezo ni mara kwa mara, na nishati ya kinetic mwishoni, wakati mpira umerudi kwenye hatua yake ya kuanzia, ni sawa na nishati ya kinetic mwanzoni, hivyo mvuto ni nguvu ya kihafidhina.

Msuguano wa kinetic, Kwa upande mwingine, ni nguvu isiyo ya kihafidhina, Katika hali yoyote halisi. Katika hali yoyote halisi; nguvu isiyo ya kihafidhina hubadilisha nishati ya mitambo, hivyo nguvu inayoongeza jumla ya nishati ya mitambo, Katika hali yoyote halisi, Katika hali yoyote halisi.

Mfano

Fikiria mtu aliye kwenye slidi inayoteleza chini a 100 m urefu wa kilima kwenye mwinuko wa 30 °. Misa ni 20 Kwa Nini Bandari Mihuri Huogelea Juu Juu Chini, na mtu ana kasi ya 2 m/s chini ya kilima wanapokuwa juu. Je, mtu anayesafiri chini ya kilima ana kasi gani? Tunachopaswa kuwa na wasiwasi kuhusu ni nishati ya kinetic na nishati ya uwezo wa mvuto; tunapojumlisha hizi juu na chini zinapaswa kuwa sawa, kwa sababu nishati ya mitambo inahifadhiwa.

Juu: PE = mgh = (20) (9.8) (100dhambi30°) = 9800 J
KE = 1/2 Unda na usanidi kikoa chako na vikoa vidogo vyote² = 1/2 (20) (2)² = 40 J
Jumla ya nishati ya mitambo juu = 9800 + 40 = 9840 J

Chini: PE = 0 KE = 1/2 Unda na usanidi kikoa chako na vikoa vidogo vyote²
Jumla ya nishati ya mitambo chini = 1/2 Unda na usanidi kikoa chako na vikoa vidogo vyote²

Ikiwa tunahifadhi nishati ya mitambo, basi nishati ya mitambo iliyo juu lazima ilingane na tuliyo nayo chini. Hii inatoa:

1/2 Unda na usanidi kikoa chako na vikoa vidogo vyote² = 9840, hivyo v = 31.3 m/s.

Kurekebisha mfano

Sasa hebu tujali kuhusu msuguano katika tatizo hili. Hebu tuseme, kwa sababu ya msuguano, kasi chini ya kilima ni 10 m/s. Ni kazi ngapi inafanywa na msuguano, na ni nini mgawo wa msuguano?

Foundationmailinglist ina nishati kidogo ya kimakanika chini ya mteremko kuliko juu kwa sababu nishati fulani hupotea kwa msuguano. (nishati inabadilishwa kuwa joto, kwa maneno mengine). Sasa, nishati iliyo juu pamoja na kazi inayofanywa kwa msuguano ni sawa na nishati iliyo chini.

Nishati juu = 9840 J

Nishati chini = 1/2 Unda na usanidi kikoa chako na vikoa vidogo vyote² = 1000 J

Kwa hiyo, 9840 + kazi iliyofanywa kwa msuguano = 1000, hivyo msuguano umefanya -8840 J yenye thamani ya kazi kwenye sled. Ishara hasi ina maana kwa sababu nguvu ya msuguano inaelekezwa kinyume na jinsi sled inavyosonga.

Nguvu ya msuguano ni kubwa kiasi gani? Kazi katika kesi hii ni hasi ya nguvu iliyoongezeka kwa umbali uliosafiri chini ya mteremko, ambayo ni 100 m. Nguvu ya msuguano lazima iwe 88.4 N.

Ili kuhesabu mgawo wa msuguano, mchoro wa bure wa mwili unahitajika.

Katika mwelekeo wa y, hakuna kuongeza kasi, KOZI:

Mgawo wa msuguano wa kinetic ni nguvu ya msuguano iliyogawanywa na nguvu ya kawaida, hivyo ni sawa na 88.4 / 169.7 = 0.52.