พลังงานจลน์. พลังงานจลน์และการเปลี่ยนแปลง - ความรู้ ไฮเปอร์มาร์เก็ต พลังงานภายในของก๊าซ

>>ฟิสิกส์ ชั้นประถมศึกษาปีที่ 10 >>ฟิสิกส์: พลังงานจลน์และการเปลี่ยนแปลงของมัน

พลังงานจลน์

พลังงานจลน์คือพลังงานที่ร่างกายได้รับจากการเคลื่อนที่

พูดง่ายๆ ก็คือ แนวคิดเรื่องพลังงานจลน์ควรหมายถึงเฉพาะพลังงานที่ร่างกายมีขณะเคลื่อนที่เท่านั้น หากร่างกายอยู่นิ่ง กล่าวคือ ไม่เคลื่อนไหวเลย พลังงานจลน์จะเป็นศูนย์

พลังงานจลน์เท่ากับงานที่ต้องใช้เพื่อนำร่างกายจากสภาวะนิ่งไปสู่สภาวะเคลื่อนไหวด้วยความเร็วระดับหนึ่ง

ดังนั้นพลังงานจลน์คือความแตกต่างระหว่างพลังงานทั้งหมดของระบบและพลังงานนิ่ง กล่าวอีกนัยหนึ่ง พลังงานจลน์จะเป็นส่วนหนึ่งของพลังงานทั้งหมดที่เกิดจากการเคลื่อนไหว

มาลองทำความเข้าใจแนวคิดเรื่องพลังงานจลน์ของร่างกายกันดีกว่า ตัวอย่างเช่น ลองมาดูการเคลื่อนไหวของเด็กซนบนน้ำแข็งแล้วพยายามทำความเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณพลังงานจลน์กับงานที่ต้องทำเพื่อดึงเด็กซนออกจากที่นิ่งและทำให้มันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่แน่นอน

ตัวอย่าง

ผู้เล่นฮ็อกกี้กำลังเล่นบนน้ำแข็งโดยใช้ไม้ตีเด็กซน มอบความเร็วและพลังงานจลน์ให้กับมัน ทันทีหลังจากถูกตีด้วยไม้ เด็กซนก็เริ่มเคลื่อนที่อย่างรวดเร็ว แต่ความเร็วของมันจะค่อยๆ ช้าลง และในที่สุดมันก็หยุดสนิท ซึ่งหมายความว่าความเร็วที่ลดลงเป็นผลมาจากแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวกับเด็กซน จากนั้นแรงเสียดทานจะมุ่งตรงไปที่การเคลื่อนไหวและการกระทำของแรงนี้จะมาพร้อมกับการเคลื่อนไหว ร่างกายใช้พลังงานกลที่มีอยู่เพื่อทำงานต้านแรงเสียดทาน

จากตัวอย่างนี้ เราจะเห็นว่าพลังงานจลน์จะเป็นพลังงานที่ร่างกายได้รับจากการเคลื่อนไหว

ดังนั้นพลังงานจลน์ของร่างกายที่มีมวลจำนวนหนึ่งจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับงานที่ต้องทำโดยแรงที่กระทำต่อร่างกายในขณะนิ่งเพื่อที่จะให้ความเร็วนี้แก่ร่างกาย:

พลังงานจลน์คือพลังงานของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ ซึ่งเท่ากับผลคูณของมวลของร่างกายด้วยกำลังสองของความเร็ว โดยหารครึ่งหนึ่ง

คุณสมบัติของพลังงานจลน์

คุณสมบัติของพลังงานจลน์ประกอบด้วย: การบวก ค่าคงที่ที่เกี่ยวข้องกับการหมุนของกรอบอ้างอิง และการอนุรักษ์

คุณสมบัติเช่นการบวกคือพลังงานจลน์ของระบบเครื่องกล ซึ่งประกอบด้วยจุดวัสดุและจะเท่ากับผลรวมของพลังงานจลน์ของจุดวัสดุทั้งหมดที่รวมอยู่ในระบบนี้

คุณสมบัติของค่าคงที่ในส่วนที่เกี่ยวกับการหมุนของระบบอ้างอิงหมายความว่าพลังงานจลน์ไม่ได้ขึ้นอยู่กับตำแหน่งของจุดและทิศทางของความเร็ว การพึ่งพานั้นขยายจากโมดูลหรือจากกำลังสองของความเร็วเท่านั้น

สมบัติการอนุรักษ์หมายความว่าพลังงานจลน์ไม่เปลี่ยนแปลงเลยในระหว่างการโต้ตอบที่เปลี่ยนแปลงเฉพาะคุณลักษณะทางกลของระบบเท่านั้น

คุณสมบัตินี้ไม่เปลี่ยนแปลงตามการแปลงแบบกาลิลี คุณสมบัติของการอนุรักษ์พลังงานจลน์และกฎข้อที่สองของนิวตันจะเพียงพอที่จะหาสูตรทางคณิตศาสตร์สำหรับพลังงานจลน์ได้

ความสัมพันธ์ระหว่างจลน์และพลังงานภายใน

แต่มีภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกที่น่าสนใจเช่นความจริงที่ว่าพลังงานจลน์สามารถขึ้นอยู่กับมุมมองของระบบนี้ ตัวอย่างเช่น หากเรานำวัตถุที่มองเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์เท่านั้น ร่างกายนี้ก็จะไม่เคลื่อนไหวโดยรวม แม้ว่าจะมีพลังงานภายในอยู่ก็ตาม ภายใต้สภาวะเช่นนี้ พลังงานจลน์จะปรากฏขึ้นก็ต่อเมื่อร่างกายนี้เคลื่อนไหวโดยรวมเท่านั้น

ร่างกายเดียวกันเมื่อมองในระดับจุลทรรศน์จะมีพลังงานภายในเนื่องจากการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลที่ประกอบด้วยอยู่ และอุณหภูมิสัมบูรณ์ของร่างกายจะเป็นสัดส่วนกับพลังงานจลน์เฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลดังกล่าว

“เงื่อนไขในการแปลงพลังงานประเภทหนึ่งไปเป็นอีกประเภทหนึ่ง” และ “การอนุรักษ์กฎหมายเมื่อเวลาผ่านไป” เกี่ยวข้องอย่างไร?

มีทฤษฎีบทของโนเธอร์เช่นนี้ นี่เป็นในวิชาคณิตศาสตร์ แม้แต่ในฟิสิกส์ ถ้าพูดอย่างเคร่งครัด เธอบอกว่าหากระบบสมการใดระบบหนึ่งมีความสมมาตรบางอย่าง ก็จะมีบางสิ่งที่ไม่เปลี่ยนแปลงระหว่างการแปลงภายในกรอบของสมมาตรนี้ด้วย

ถ้ามีอะไรไม่เปลี่ยนแปลงก็ "บันทึก" “กฎการอนุรักษ์” ทางกายภาพทั้งหมดของบางสิ่งบางอย่างเป็นผลมาจากความสมมาตรของสมการทางกายภาพอย่างใดอย่างหนึ่ง

กฎการอนุรักษ์พลังงานเป็นเพียงหนึ่งในกฎการอนุรักษ์ทางกายภาพบางข้อที่คุณรู้จัก (เช่น กฎการอนุรักษ์โมเมนตัม กฎการอนุรักษ์โมเมนตัมเชิงมุม กฎการอนุรักษ์ประจุไฟฟ้า) และกฎการอนุรักษ์ทางกายภาพแต่ละข้อ สะท้อนถึงความสมมาตรประการหนึ่งของสมการทางกายภาพ

ตัวอย่างเช่น การขนส่งแบบขนานในอวกาศไม่ได้เปลี่ยนกฎฟิสิกส์และรูปแบบของสมการทางกายภาพที่สะท้อนถึงกฎเหล่านี้ ผลที่ตามมาของข้อเท็จจริงนี้คือการรักษาโมเมนตัมของระบบปิดใดๆ และถ้ากฎฟิสิกส์และสมการที่อธิบายกฎเหล่านั้นเปลี่ยนแปลงไปในระหว่างการถ่ายโอน เราก็คงไม่รักษาโมเมนตัมทั้งหมดไว้ได้

สถานการณ์คล้ายกับการโอนเวลา เนื่องจากและตราบใดที่กฎทางกายภาพไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป พลังงานทั้งหมดของระบบปิดก็ไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้น ข้อเท็จจริงของความไม่เปลี่ยนแปรของกฎฟิสิกส์ “ยอมให้” “ประเภทของพลังงาน” ของแต่ละบุคคลเปลี่ยนแปลงในลักษณะที่พลังงานทั้งหมด (ทั้งหมด) ของระบบปิดได้รับการอนุรักษ์ไว้เท่านั้น ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของพลังงานประเภทหนึ่งซึ่งจำใจไม่ได้จะมาพร้อมกับการลดลงของพลังงานประเภทอื่นเสมอเพื่อให้ปริมาณไม่เปลี่ยนแปลง และถ้าพลังงานทั้งหมดของระบบปิดเริ่มเปลี่ยนแปลงเมื่อเวลาผ่านไป กฎทางกายภาพก็เริ่มเปลี่ยนแปลง จนถึงขณะนี้ยังไม่มีการบันทึกปรากฏการณ์ดังกล่าว แต่ใครจะรู้ว่าเกิดอะไรขึ้น เช่น ในขณะที่จักรวาลของเราถือกำเนิดขึ้น? หรือจะเกิดอะไรขึ้นในหลายพันล้านปี

ดังนั้น การอนุรักษ์พลังงานทั่วโลกจึงเป็นคำพ้องความหมาย (ผลที่ตามมา เทียบเท่า) ของความคงที่ของกฎฟิสิกส์ในเรื่องเวลา เงื่อนไขการอนุรักษ์เป็นสาเหตุสากลของการเปลี่ยน “พลังงานประเภทหนึ่ง” ไปยังอีกประเภทหนึ่ง เนื่องจากผลรวมไม่เปลี่ยนแปลง เงื่อนไขจึงสามารถเปลี่ยนแปลงได้โดยเสียค่าใช้จ่ายซึ่งกันและกันเท่านั้น กลไกทางกายภาพของการนำไปใช้ที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นจะแตกต่างกันในแต่ละกรณี

ด้วยการอนุรักษ์โมเมนตัมและกฎหมายการอนุรักษ์อื่นๆ มันเป็นเรื่องเดียวกันทุกประการ

เป็นที่ชัดเจนว่าอิเล็กตรอนและส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องโดยตรงในการแปลงพลังงาน แต่จะเกิดอะไรขึ้นกันแน่?

อะตอมหรือกลุ่มของอะตอมที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบมีระดับพลังงานที่แน่นอนซึ่งสอดคล้องกับสถานะเสถียร แม่นยำยิ่งขึ้น ระดับเหล่านี้ไม่สอดคล้องกับสถานะของอะตอมหรืออะตอมโดยรวมมากนัก แต่ขึ้นอยู่กับสถานะของอิเล็กตรอนด้วย

ระดับพลังงานเหล่านี้และสถานะที่เกี่ยวข้องมาจากไหน สถานะเป็นคำตอบแบบคงที่ของสมการของกลศาสตร์ควอนตัม และระดับพลังงานคือตัวเลขเฉพาะ (หรือพารามิเตอร์ของระบบตามต้องการ) ซึ่งสามารถหาคำตอบแบบคงที่ได้ อะตอมหรือระบบของอะตอมสามารถมีพลังงานอื่นได้ในช่วงเวลาสั้นๆ เท่านั้น (สถานะไม่นิ่ง) และจะเข้าสู่สถานะหยุดนิ่งสถานะใดสถานะหนึ่งอย่างแน่นอน

ทีนี้ลองพิจารณาสถานการณ์ที่ 1) อะตอมสองอะตอมอยู่ห่างจากกัน และ 2) อะตอมทั้งสองอยู่ใกล้กันมาก ในกรณีที่สอง สนามไฟฟ้าของนิวเคลียสที่มีประจุจะทับซ้อนกัน อิเล็กตรอนในสนามข้อต่อดังกล่าวจะมีสถานะคงที่ที่แตกต่างจากในสถานการณ์ที่มีอะตอมสองอะตอมอยู่ห่างจากกัน และรัฐอื่น ๆ ก็มีพลังงานอื่น (ของพวกเขา)

ตอนนี้เราเปรียบเทียบค่าต่ำสุดของระดับพลังงานนิ่งในกรณีแรกและกรณีที่สอง หากพลังงานลดลงในวินาทีนั้นก็จะ "เป็นประโยชน์" ที่อะตอมจะรวมกันเป็นโมเลกุลและปล่อยพลังงานส่วนเกินออกมา (จากนั้นโฟตอนที่ปล่อยออกมาจะบินไปที่ไหนสักแห่งที่ห่างไกลหรือในทางกลับกันมีปฏิสัมพันธ์กันหลายครั้งและปล่อยออกมาอีกครั้ง กับอะตอมอื่นและพลังงานของมันจะกลายเป็นพลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายของอะตอมนั่นคือเป็นความร้อน) ที่นี่คุณจะเห็นการก่อตัวของโมเลกุลไดอะตอมมิกพร้อมการปลดปล่อยพลังงานระหว่างปฏิกิริยาเคมี

ในกรณีตรงกันข้าม พลังงานภายในขั้นต่ำของโมเลกุลจะสูงกว่าผลรวมของพลังงานขั้นต่ำของทั้งสองอะตอม อะตอมดังกล่าวสามารถก่อตัวเป็นโมเลกุลได้หรือไม่? ใช่ ถ้าพวกเขาได้รับพลังงานที่แตกต่างจากที่ไหนสักแห่งในตอนแรก ตัวอย่างเช่น อะตอมหนึ่งไม่สามารถมีพลังงานต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ แต่จะมีพลังงานที่สูงกว่า ทำไม มันดูดซับโฟตอนไว้ แต่ไม่มีเวลาที่จะปล่อยมันกลับมา หรือชนกับอะตอมอื่นแล้วรู้สึกตื่นเต้นเนื่องจากพลังงานของการชน (พลังงานจลน์ของการมองเห็นความร้อนกลายเป็นพลังงานภายในของอะตอมและยังไม่ถูกปล่อยออกมา) และเนื่องจากพลังงานของอะตอมตัวใดตัวหนึ่งไม่น้อย ดังนั้นการสร้างโมเลกุลและ "ตก" พลังงานขั้นต่ำจึงอาจ "ทำกำไร" ได้ นี่คือตัวอย่างของปฏิกิริยาเคมีที่มีการดูดซับพลังงาน: บางสิ่งบางอย่างกระตุ้นอะตอมโดยการใช้พลังงานของมัน และด้วยเหตุนี้อะตอมจึงสามารถทำปฏิกิริยากับเพื่อนบ้านได้ และพลังงานที่ดูดซับก่อนปฏิกิริยาจะยังคงอยู่ในโมเลกุล พลังงานภายในนี้จะถูกปล่อยออกมาหลังจากการถูกทำลายของโมเลกุลเท่านั้น

และมีเพียงอิเล็กตรอนเท่านั้นที่เกี่ยวข้อง?

อิเล็กตรอนและสนามไฟฟ้าของนิวเคลียสที่อิเล็กตรอนทำปฏิกิริยากัน ปฏิกิริยาเคมีใดๆ ก็ตามคือการเปลี่ยนแปลงสถานะของเปลือกอิเล็กทรอนิกส์

ทำไมนิวเคลียสจึงไม่เกี่ยวข้อง? เพราะนิวเคลียสหนักกว่าอิเล็กตรอนอย่างหาที่เปรียบมิได้ ดวงอาทิตย์ก็เช่นกัน แทบจะไม่ตอบสนองต่อการเข้าใกล้หรือระยะห่างของโลก - มันหนักเกินไปที่จะกระตุกอย่างเห็นได้ชัดเพราะเรื่องเล็ก ๆ น้อย ๆ เช่นนี้ ดังนั้นนิวเคลียสของอะตอมจึงไม่ให้ความสนใจมากนักกับสิ่งที่เกิดขึ้นกับอิเล็กตรอนของพวกมัน

นิวเคลียสเองก็ไม่แตกสลายเนื่องจากสนามไฟฟ้าของอิเล็กตรอน แรงภายในที่ยึดควาร์กในนิวเคลียสมีพลังมากกว่าสนามไฟฟ้าในอะตอมอย่างไม่มีใครเทียบได้

ด้วยเหตุนี้กลศาสตร์ควอนตัมจึงแก้ปัญหาการควบคุมอิเล็กตรอนในสนามนิวเคลียส แต่ไม่สนใจพฤติกรรมของนิวเคลียสในสนามอิเล็กตรอน - นี่เป็นการแก้ไขเล็กน้อยจนไม่สามารถวัดได้ ดังนั้น เคมีทั้งหมดจึงเป็นพฤติกรรมของเปลือกอิเล็กตรอนในสนามของนิวเคลียสหนึ่งหรือหลายนิวเคลียส และเมื่อพูดถึงพฤติกรรมของนิวเคลียสเอง ไม่มีเวลาสำหรับเคมี

พลังงานศักย์และจลน์ทำให้สามารถกำหนดลักษณะของร่างกายได้ หากใช้อันแรกในระบบของการโต้ตอบวัตถุ วัตถุที่สองจะสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของพวกมัน โดยปกติจะพิจารณาพลังงานประเภทนี้เมื่อแรงที่เชื่อมต่อร่างกายไม่ขึ้นอยู่กับวิถีการเคลื่อนที่ ในกรณีนี้ เฉพาะตำแหน่งเริ่มต้นและตำแหน่งสุดท้ายเท่านั้นที่สำคัญ

ข้อมูลทั่วไปและแนวคิด

พลังงานจลน์ของระบบเป็นคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดประการหนึ่ง นักฟิสิกส์แยกแยะพลังงานดังกล่าวได้สองประเภท ขึ้นอยู่กับประเภทของการเคลื่อนไหว:

ความก้าวหน้า;

การหมุน

พลังงานจลน์ (E k) คือความแตกต่างระหว่างพลังงานทั้งหมดของระบบกับพลังงานที่เหลือ จากนี้เราสามารถพูดได้ว่าเกิดจากการเคลื่อนไหวของระบบ ร่างกายจะมีก็ต่อเมื่อมันเคลื่อนไหวเท่านั้น เมื่อวัตถุอยู่นิ่ง มันจะเท่ากับศูนย์ พลังงานจลน์ของวัตถุใดๆ ขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่และมวลของวัตถุเท่านั้น พลังงานทั้งหมดของระบบขึ้นอยู่กับความเร็วของวัตถุและระยะห่างระหว่างวัตถุโดยตรง

สูตรพื้นฐาน

ในกรณีที่มีแรง (F) กระทำต่อร่างกายที่อยู่นิ่งจนเกิดการเคลื่อนไหว เราสามารถพูดคุยเกี่ยวกับการทำงาน dA ได้ ในกรณีนี้ค่าของพลังงาน dE จะสูงขึ้น ยิ่งมีงานทำมากขึ้นเท่านั้น ในกรณีนี้ ความเท่าเทียมกันต่อไปนี้เป็นจริง: dA = dE

เมื่อคำนึงถึงเส้นทางที่วัตถุเดินทาง (dR) และความเร็ว (dU) เราสามารถใช้กฎข้อที่ 2 ของนิวตัน โดยยึดตาม: F = (dU/dE)*m

กฎข้างต้นจะใช้เฉพาะเมื่อมีกรอบอ้างอิงเฉื่อยเท่านั้น มีความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งที่นำมาพิจารณาในการคำนวณ ค่าพลังงานได้รับผลกระทบจากการเลือกระบบ ดังนั้น ตามระบบ SI จะมีหน่วยวัดเป็นจูล (J) พลังงานจลน์ของร่างกายมีลักษณะเป็นมวล m เช่นเดียวกับความเร็วในการเคลื่อนที่ υ ในกรณีนี้ มันจะเป็น: E k = ((υ*υ)*m)/2

จากสูตรข้างต้น เราสามารถสรุปได้ว่าพลังงานจลน์ถูกกำหนดโดยมวลและความเร็ว กล่าวอีกนัยหนึ่ง มันแสดงถึงการทำงานของการเคลื่อนไหวของร่างกาย

พลังงานในระบบเครื่องกล

พลังงานจลน์เป็นตัวแทน พลังงานกลระบบ ขึ้นอยู่กับความเร็วในการเคลื่อนที่ของจุดต่างๆ พลังงานของจุดวัตถุใดๆ แสดงได้ด้วยสูตรต่อไปนี้: E = 1/2mυ 2 โดยที่ m คือมวลของจุด และ υ คือความเร็วของมัน

พลังงานจลน์ของระบบเครื่องกลคือผลรวมทางคณิตศาสตร์ของพลังงานเดียวกันของจุดทั้งหมด นอกจากนี้ยังสามารถแสดงได้ด้วยสูตรต่อไปนี้: E k = 1/2Mυ c2 + Ec โดยที่ υc คือความเร็วของจุดศูนย์กลางมวล M คือมวลของระบบ Ec คือพลังงานจลน์ของระบบเมื่อเคลื่อนที่ไปรอบๆ ศูนย์กลางของมวล

พลังงานร่างกายที่มั่นคง

พลังงานจลน์ของร่างกายที่เคลื่อนที่ในเชิงแปลถูกกำหนดให้เป็นพลังงานเดียวกันของจุดหนึ่งซึ่งมีมวลเท่ากับมวลของร่างกายทั้งหมด ในการคำนวณตัวบ่งชี้เมื่อเคลื่อนที่ จะใช้สูตรที่ซับซ้อนมากขึ้น การเปลี่ยนแปลงพลังงานของระบบในขณะที่เคลื่อนที่จากตำแหน่งหนึ่งไปอีกตำแหน่งหนึ่งเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของแรงภายในและภายนอกที่ใช้ มันเท่ากับผลรวมของงาน Aue และ A"u ของแรงเหล่านี้ระหว่างการเคลื่อนไหวนี้: E2 - E1 = ∑u Aue + ∑u A"u

ความเท่าเทียมกันนี้สะท้อนถึงทฤษฎีบทที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงพลังงานจลน์ ด้วยความช่วยเหลือนี้ ปัญหาทางกลต่างๆ จึงได้รับการแก้ไข หากไม่มีสูตรนี้ ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะแก้ไขปัญหาสำคัญหลายประการ

พลังงานจลน์ที่ความเร็วสูง

หากความเร็วของร่างกายใกล้เคียงกับความเร็วแสง พลังงานจลน์ของจุดวัสดุสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรต่อไปนี้:

อี = m0c2/√1-υ2/c2 - m0c2,

โดยที่ c คือความเร็วแสงในสุญญากาศ m0 คือมวลของจุด m0с2 คือพลังงานของจุด ด้วยความเร็วต่ำ (υ

พลังงานระหว่างการหมุนของระบบ

ในระหว่างการหมุนวัตถุรอบแกน ปริมาตรเบื้องต้นที่มีมวล (mi) แต่ละปริมาตรจะอธิบายถึงวงกลมที่มีรัศมี ri ในขณะนี้ ปริมาตรมีความเร็วเชิงเส้น υ เนื่องจากเรากำลังพิจารณาถึงร่างกายที่มั่นคง ความเร็วเชิงมุมการหมุนของปริมาตรทั้งหมดจะเท่ากัน: ω = υ1/r1 = υ2/r2 = … = υn/rn (1)

พลังงานจลน์ของการหมุนของวัตถุที่เป็นของแข็งคือผลรวมของพลังงานเดียวกันทั้งหมดของปริมาตรเบื้องต้น: E = m1υ1 2/2 + miυi 2/2 + … + mnun 2/2 (2)

เมื่อใช้นิพจน์ (1) เราจะได้สูตร: E = Jz ω 2/2 โดยที่ Jz คือโมเมนต์ความเฉื่อยของร่างกายรอบแกน Z

เมื่อเปรียบเทียบสูตรทั้งหมดจะเห็นได้ชัดว่าโมเมนต์ความเฉื่อยเป็นตัววัดความเฉื่อยของร่างกายในระหว่าง การเคลื่อนไหวแบบหมุนสูตร (2) เหมาะสำหรับวัตถุที่หมุนรอบแกนคงที่

การเคลื่อนไหวของร่างกายแบน

พลังงานจลน์ของร่างกายที่เคลื่อนที่ลงมาตามระนาบคือผลรวมของพลังงานการหมุนและ การเคลื่อนไหวไปข้างหน้า: E = mυc2/2 + Jz ω 2/2 โดยที่ m คือมวลของวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ Jz คือโมเมนต์ความเฉื่อยของร่างกายรอบแกน υc คือความเร็วของจุดศูนย์กลางมวล ω คือความเร็วเชิงมุม .

การเปลี่ยนแปลงพลังงานในระบบเครื่องกล

การเปลี่ยนแปลงค่าของพลังงานจลน์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับพลังงานศักย์ สาระสำคัญของปรากฏการณ์นี้สามารถเข้าใจได้ตามกฎการอนุรักษ์พลังงานในระบบ ผลรวมของ E + dP ระหว่างการเคลื่อนไหวของร่างกายจะเท่ากันเสมอ การเปลี่ยนแปลงค่า E จะเกิดขึ้นพร้อมกันกับการเปลี่ยนแปลง dP เสมอ ดังนั้นพวกเขาจึงแปลงร่างราวกับว่าไหลเข้าหากัน ปรากฏการณ์นี้สามารถพบได้ในระบบเครื่องกลเกือบทั้งหมด

ความสัมพันธ์กันของพลังงาน

พลังงานศักย์และพลังงานจลน์มีความสัมพันธ์กันอย่างใกล้ชิด ผลรวมสามารถแสดงเป็นพลังงานทั้งหมดของระบบ ในระดับโมเลกุลนั่นเอง กำลังภายในร่างกาย มันจะปรากฏอยู่ตลอดเวลาตราบเท่าที่มีปฏิสัมพันธ์ระหว่างวัตถุกับการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนเป็นอย่างน้อย

การเลือกระบบอ้างอิง

ในการคำนวณค่าพลังงาน ให้เลือกช่วงเวลาใดก็ได้ (ซึ่งถือเป็นช่วงเวลาเริ่มต้น) และระบบอ้างอิง เป็นไปได้ที่จะกำหนดค่าที่แน่นอนของพลังงานศักย์เฉพาะในเขตอิทธิพลของแรงที่ไม่ขึ้นอยู่กับวิถีการเคลื่อนที่ของร่างกายเมื่อทำงาน ในวิชาฟิสิกส์ แรงเหล่านี้เรียกว่าอนุรักษ์นิยม พวกเขามีความเชื่อมโยงกับกฎการอนุรักษ์พลังงานอย่างต่อเนื่อง

ความแตกต่างระหว่างพลังงานศักย์และพลังงานจลน์

หากอิทธิพลภายนอกมีน้อยหรือลดลงจนเหลือศูนย์ ระบบที่กำลังศึกษาจะโน้มน้าวไปสู่สภาวะที่พลังงานศักย์มีแนวโน้มที่จะเป็นศูนย์เสมอ ตัวอย่างเช่น ลูกบอลที่ถูกโยนขึ้นไปจะถึงขีดจำกัดของพลังงานนี้ที่จุดสูงสุดของวิถีของมัน และในขณะเดียวกันก็เริ่มตกลงมา ในเวลานี้ พลังงานที่สะสมระหว่างการบินจะถูกแปลงเป็นการเคลื่อนไหว (งานที่ทำ) สำหรับพลังงานศักย์ ไม่ว่าในกรณีใด จะต้องมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างน้อยสองวัตถุ (ในตัวอย่างกับลูกบอล แรงโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ส่งผลต่อมัน) พลังงานจลน์สามารถคำนวณแยกกันสำหรับวัตถุที่เคลื่อนไหวใดๆ

ความสัมพันธ์กันของพลังงานต่างๆ

พลังงานศักย์และพลังงานจลน์เปลี่ยนแปลงเฉพาะในระหว่างปฏิสัมพันธ์ของวัตถุ เมื่อแรงที่กระทำต่อวัตถุทำงาน ค่าของมันจะแตกต่างจากศูนย์ ในระบบปิด งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงหรือความยืดหยุ่นจะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงพลังงานศักย์ของวัตถุที่มีเครื่องหมาย "-": A = - (Ep2 - Ep1)

งานที่ทำโดยแรงโน้มถ่วงหรือความยืดหยุ่นเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงาน: A = Ek2 - Ek1

จากการเปรียบเทียบความเท่าเทียมกันทั้งสอง เป็นที่ชัดเจนว่าการเปลี่ยนแปลงพลังงานของวัตถุในระบบปิดเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์และตรงกันข้ามกับเครื่องหมาย: Ek2 - Ek1 = - (Ep2 - Ep1) หรืออย่างอื่น: เอก1 + Ep1 = เอก2 + Ep2

จากความเท่าเทียมกันนี้ เห็นได้ชัดว่าผลรวมของพลังงานทั้งสองนี้ของร่างกายในระบบกลไกแบบปิดและแรงโต้ตอบของความยืดหยุ่นและแรงโน้มถ่วงจะยังคงที่เสมอ จากที่กล่าวมาข้างต้น เราสามารถสรุปได้ว่าในกระบวนการศึกษาระบบเครื่องกล ควรพิจารณาปฏิสัมพันธ์ของพลังงานศักย์และพลังงานจลน์ด้วย

คำว่า "พลังงาน" แปลมาจากภาษากรีกว่า "การกระทำ" เราเรียกคนที่กระตือรือร้นและเคลื่อนไหวอย่างแข็งขันโดยแสดงการกระทำต่างๆ มากมาย

พลังงานในวิชาฟิสิกส์

และหากในชีวิตเราสามารถประเมินพลังงานของบุคคลโดยผลที่ตามมาจากกิจกรรมของเขาเป็นหลัก พลังงานในฟิสิกส์สามารถวัดและศึกษาได้หลายวิธี เพื่อนหรือเพื่อนบ้านที่ร่าเริงของคุณมักจะปฏิเสธที่จะทำซ้ำการกระทำเดิมสามสิบถึงห้าสิบครั้งเมื่อจู่ๆ เกิดขึ้นกับคุณเพื่อตรวจสอบปรากฏการณ์พลังงานของเขา

แต่ในวิชาฟิสิกส์ คุณสามารถทำการทดลองซ้ำได้เกือบทุกครั้ง โดยทำการวิจัยตามที่คุณต้องการ การศึกษาเรื่องพลังงานก็เช่นกัน นักวิทยาศาสตร์วิจัยได้ศึกษาและระบุพลังงานหลายประเภทในฟิสิกส์ ได้แก่พลังงานไฟฟ้า แม่เหล็ก พลังงานปรมาณู และอื่นๆ แต่ตอนนี้เราจะพูดถึงพลังงานกล และโดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับพลังงานจลน์และพลังงานศักย์

พลังงานจลน์และพลังงานศักย์

กลศาสตร์ศึกษาการเคลื่อนไหวและปฏิสัมพันธ์ของร่างกายระหว่างกัน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องปกติที่จะแยกแยะระหว่างพลังงานกลสองประเภท: พลังงานเนื่องจากการเคลื่อนที่ของร่างกาย หรือพลังงานจลน์ และพลังงานเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ของร่างกาย หรือพลังงานศักย์

ในวิชาฟิสิกส์ มีกฎทั่วไปที่เชื่อมโยงพลังงานและงาน ในการค้นหาพลังงานของร่างกายจำเป็นต้องหางานที่จำเป็นในการถ่ายโอนร่างกายไปสู่สถานะที่กำหนดจากศูนย์นั่นคืองานหนึ่งที่พลังงานเป็นศูนย์

พลังงานศักย์

ในวิชาฟิสิกส์ พลังงานศักย์คือพลังงานที่กำหนดโดยตำแหน่งสัมพัทธ์ของวัตถุที่มีปฏิสัมพันธ์หรือส่วนต่างๆ ของร่างกายเดียวกัน นั่นคือหากร่างกายถูกยกขึ้นเหนือพื้นดิน มันก็จะสามารถทำงานบางอย่างในขณะที่ล้มได้

และค่าที่เป็นไปได้ของงานนี้จะเท่ากับพลังงานศักย์ของร่างกายที่ความสูง h สำหรับพลังงานศักย์ สูตรถูกกำหนดตามรูปแบบต่อไปนี้:

A=Fs=Ft*h=mgh หรือ Ep=mgh

โดยที่ Ep คือพลังงานศักย์ของร่างกาย
เมตร น้ำหนักตัว
h คือความสูงของร่างกายเหนือพื้นดิน
g ความเร่งของการตกอย่างอิสระ

ยิ่งไปกว่านั้น ตำแหน่งใดๆ ที่สะดวกสำหรับเรานั้นสามารถถือเป็นตำแหน่งศูนย์ของร่างกายได้ ขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของการทดลองและการวัดที่ดำเนินการ ไม่ใช่แค่พื้นผิวโลกเท่านั้น นี่อาจเป็นพื้นผิวของพื้น โต๊ะ และอื่นๆ

พลังงานจลน์

ในกรณีที่ร่างกายเคลื่อนไหวภายใต้อิทธิพลของแรง ไม่เพียงแต่สามารถทำได้ แต่ยังทำงานบางอย่างด้วย ในวิชาฟิสิกส์ พลังงานจลน์คือพลังงานที่ร่างกายครอบครองเนื่องจากการเคลื่อนที่ของมัน เมื่อร่างกายเคลื่อนไหว ร่างกายจะใช้พลังงานและทำงาน สำหรับพลังงานจลน์ สูตรคำนวณได้ดังนี้

A = Fs = mas = m * v / t * vt / 2 = (mv^2) / 2 หรือ Eк = (mv^2) / 2,

โดยที่เอกคือพลังงานจลน์ของร่างกาย
เมตร น้ำหนักตัว
v ความเร็วของร่างกาย

จากสูตรนี้เห็นได้ชัดว่ายิ่งมวลและความเร็วของร่างกายมากเท่าใด พลังงานจลน์ของวัตถุก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น

ร่างกายทุกคนมีพลังงานจลน์หรือพลังงานศักย์ หรือทั้งสองอย่างพร้อมกัน เช่น เครื่องบินที่กำลังบิน