Kinetička energija: definicija, vrste i odnos s radom

Sigurno ste studirali na institutu kinetička energija na predmetu fizika. Ako niste, vjerovatno ste to čuli u nekoj naučnoj studiji ili u medijima. I to je ključna energija za proučavanje kretanja objekata. Međutim, mnogim ljudima još uvijek nije jasno šta kinetička energija zapravo podrazumijeva, kako funkcionira i kako se mjeri.

U ovom članku ćemo ponuditi a potpuni vodič o kinetičkoj energiji, udubljivanju u njenu definiciju, upotrebu, vrste i način na koji se izračunava. Osim toga, pružit ćemo korisne primjere i pregledati koncepte vezane za druge vrste energije, kako biste u potpunosti razumjeli važnost kinetičke energije u fizici i svakodnevnom životu.

Želite li znati sve o kinetičkoj energiji? Samo morate nastaviti čitati da biste saznali 

Koja je definicija kinetičke energije?

Kada se govori o kinetičkoj energiji, neki ljudi misle da se ona odnosi na neku vrstu energije koja se koristi za proizvodnju električne energije ili sličnog resursa. Međutim, kinetička energija je jednostavno energija koju predmet ima zbog svog kretanja. Na jednostavan način, mogli bismo reći da svaki predmet koji se kreće ima kinetičku energiju.

Da bi se predmet koji miruje počeo kretati, na njega treba primijeniti silu. Kako se ta sila primjenjuje, objekt savladava sile otpora (kao što je trenje tla ili zraka) i počinje se kretati. Tokom ovog procesa, energija povezana sa pokretnim objektom je ono što nazivamo kinetičkom energijom.

Zbog toga, Kinetička energija zavisi od dva ključna faktora: mase objekta i njegove brzine. Što je veća masa i brzina, to će objekt imati više kinetičke energije. Povećanje brzine uzrokuje značajno povećanje energije, jer energija ovisi o brzini kvadratno.

Ova energija se može prenijeti s jednog objekta na drugi. Na primjer, u slučaju sudara, dio kinetičke energije udarnog objekta se prenosi na predmet udarca.

Odnos kinetičke energije i rada

Kinetička energija je usko povezana s konceptom rada u fizici. On posao izvršeno na objektu kako bi se promijenila njegova brzina je ono što mu daje njegovu kinetičku energiju. Ovaj rad se definira kao proizvod sile primijenjene na predmet i udaljenosti koju pređe zbog te sile.

Jednačina rada je:

W = F · d · cos(θ)

Evo, W da li je posao obavljen, F je veličina primijenjene sile, d je pređena udaljenost, i θ je ugao između sile i pomaka.

O kinetičkoj energiji možemo razmišljati kao o radu koji je potreban da se objekat dovede iz stanja mirovanja do njegove trenutne brzine.

Vrste kinetičke energije

Postoje dvije glavne vrste kinetičke energije, ovisno o vrsti kretanja koju objekt opisuje:

• Translacijska kinetička energija: Pojavljuje se kada se objekt kreće duž pravog puta. Na primjer, kada automobil putuje ravnom cestom, ima translacijsku kinetičku energiju.
• Kinetička energija rotacije: Pojavljuje se kada se objekt rotira oko svoje ose. Najjasniji primjer je točak koji se okreće, ili lopatice ventilatora u pokretu.

Pored ovih tipova, kinetička energija se može manifestovati i na drugim nivoima. Na primjer, na mikroskopskom nivou, kretanje atoma u čvrstoj tvari stvara a toplotnu kinetičku energiju, koji je odgovoran za toplotu. Elektroni koji se kreću u kolu također stvaraju električna kinetička energija.

Kako se izračunava kinetička energija?

Izračunavanje kinetičke energije objekta je relativno jednostavno ako znate njegovu masu i brzinu. Opšta formula za Kinetička energija daje:

Da bismo bolje razumjeli ovu jednačinu, korisno je objasniti pojmove:

• E_c: Predstavlja kinetičku energiju, mjerenu u džulima (J).
• m: To je masa objekta, mjerena u kilogramima (kg).
• v: Odgovara brzini objekta, mjereno u metrima u sekundi (m/s).

Kao što možete vidjeti, kinetička energija je proporcionalna masi, ali ovisi o kvadratu brzine, što znači da udvostručenje brzine objekta četverostruko povećava njegovu kinetičku energiju.

Nadalje, kinetička energija objekta uvijek može biti pozitivna ili barem jednaka nuli ako objekt miruje.

Ubrzanje i trenje u kinetičkoj energiji

kinetička energija Ne djeluje sam po sebi u svemiru. Često je pod uticajem drugih sila, pre svega sila trenja i ubrzanje.

Kada primenimo silu na objekat, on počinje da se ubrzava. Kako se vaša brzina povećava, tako će se povećavati i vaša kinetička energija. Međutim, ako prestanemo primjenjivati ​​silu, drugi faktori, poput trenja zraka ili kontakta sa tlom, počet će usporavati objekt. Ovaj proces smanjuje njegovu kinetičku energiju sve dok se objekt na kraju ne zaustavi.

Iz tog razloga, poznavanje sila trenja je neophodno za razumijevanje ponašanja objekta koji se kreće. Na primjer, kada vozite automobil, kinetička energija kotača je u stalnoj interakciji sa tlom, što određuje količinu snage koja je potrebna da se automobil kreće.

Formula za kinetičku energiju: primjena u klasičnoj i relativističkoj mehanici

U klasičnoj mehanici, uključene brzine su znatno ispod brzine svjetlosti. U ovom slučaju, formula E_c = ½ mv² Savršeno vrijedi za izračunavanje kinetičke energije objekta.

Međutim, u relativističke mehanike, potrebno je uzeti u obzir efekte Ajnštajnova teorija specijalne relativnosti, kada se objekti kreću brzinom bliskom svjetlosti. U ovoj situaciji, klasični oblik formule nije egzaktan, a koristi se složenija verzija izvedena iz poznate Einsteinove jednadžbe. E=m².

Primjeri kinetičke energije

• Bačena lopta: Kada bacite loptu, dajete joj kinetičku energiju. Količina energije zavisi od brzine lopte i njene mase.
• Automobil u pokretu: Automobil u cirkulaciji ima kinetičku energiju, koja će zavisiti od njegove mase i brzine. Prilikom kočenja, kinetička energija se rasipa, uglavnom kroz trenje kočnica i guma o tlo.
• Roller coasters: Prilikom vožnje rolerkosterom, automobili pohranjuju potencijalnu energiju, koja se pretvara u kinetičku energiju dok se automobil kreće niz strmine.
• kamenje koje pada: Predmet koji padne sa određene visine dobija kinetičku energiju dok se ubrzava. Ova vrsta kumulativnog kretanja koristi se u više fizičkih eksperimenata i primjera iz stvarnog svijeta.

Kinetička energija igra ključnu ulogu u bezbroj svakodnevnih situacija i ključna je za razumijevanje interakcije pokretnih objekata u našem svijetu. Od najjednostavnijeg kretanja lopte do proučavanja elektrona u kvantnoj fizici, sve je povezano zakonima koji upravljaju ovim oblikom energije.