Кінетична енергія
Коли сила, прикладена до тіла, більша за силу опору, то результуюча сила змушує тіло рухатися. Тіло, що рухається, має кінетичну енергію.
Робота з прискорення тіла витрачається заради збільшення його швидкості, тобто, збільшення кінетичної енергії тіла:
Кінетична енергія тіла прямо пропорційна його масі та швидкості – кінетична енергія тим більша, чим вища швидкість і більше маса тіла.
Як пов’язана кінетична енергія та робота
- Зв’язок між силою та прискоренням: F = ma
- Робота сили при переміщенні тіла: W = F·s·cosΘ
- Якщо прикладена сила та напрямок переміщення збігаються: (Θ = 0°): W = F·s = m·a·s
Із законів прямолінійного руху:
Робота – це різниця кінетичних енергій тіла у початковій та кінцевій точці
Яку кінетичну енергію матиме тенісний м’яч вагою 0,05 кг при подачі Рафаеля Надаля, якщо той додасть м’ячу початкову швидкість 60 м/с (216 км/год)?
K = 1/2 · 0,05 · 602 = 90 Дж
Кінетична енергія по результуючій силі
Повернемося до нашої задачі про кулю, що скочується по похилій площині: куля вагою 1 кг скочується по похилій площині довжиною 10 м, розташованої під кутом 30 ° до горизонту з коефіцієнтом тертя 0,05. Яку швидкість матиме куля наприкінці похилої площини?
- Похила сила, що діє на кулю: Fнакл = m·g·sinΘ
- Нормальна сила, що діє на кулю: Fн = m·g·cosΘ
- Сила тертя, що діє на кулю: Fтр = μ·Fн = μ·m·g·cosΘ
Результуюча сила спрямована вздовж похилої площини:
F = Fнакл – Fтр = m·g·sinΘ – μ·m·g·cosΘ = 1·9,8·0,5 – 0,05·1·9,8·0,87 = 4,9 – 0, 4 = 4,5 Н
Результуюча сила, що діє на кулю, дорівнює 4,5 Н і діє на всьому шляху кулі – 10 метрів. При цьому результуюча сила виконує роботу:
Ця робота витрачається на прискорення кулі та перетворюється на кінетичну енергію:
Кінцева швидкість кулі:
Порівняйте цей результат із результатом, який був отриманий раніше: швидкість кулі в кінці прямої вийшла однаковою.