Kinetička energija: pojam, vrste i odnos s radom

Sigurno ste studirali na institutu kinetička energija u predmetu fizika. Ako niste, vjerojatno ste to čuli u nekoj znanstvenoj studiji ili u medijima. A to je ključna energija za proučavanje kretanja objekata. Međutim, mnogima još uvijek nije jasno što kinetička energija zapravo podrazumijeva, kako funkcionira i kako se mjeri.

U ovom ćemo članku ponuditi a cjeloviti vodič o kinetičkoj energiji, upuštajući se u njenu definiciju, upotrebu, vrste i kako se izračunava. Osim toga, pružit ćemo korisne primjere i pregledati koncepte vezane uz 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 kako biste saznali 

Koja je definicija kinetičke energije?

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

Da bi se tijelo u mirovanju počelo kretati, na njega treba djelovati sila. Dok se ta sila primjenjuje, objekt svladava sile otpora (kao što je trenje tla ili zraka) i počinje se kretati. Tijekom ovog procesa, energija povezana s pokretnim objektom je ono što nazivamo kinetičkom energijom.

Stoga, Kinetička energija ovisi o dva ključna čimbenika: masi objekta i njegovoj brzini. Što su veća masa i brzina, to će tijelo imati veću kinetičku energiju. Povećanje brzine uzrokuje značajno povećanje energije, budući da energija kvadratno ovisi o brzini.

Ta se energija može prenositi s jednog objekta na drugi. Na primjer, u slučaju sudara, dio kinetičke energije udarnog objekta prenosi se na udareni objekt.

Odnos kinetičke energije i rada

Kinetička energija je usko povezana s pojmom rada u fizici. On raditi koji se izvodi na objektu da promijeni njegovu brzinu je ono što mu daje kinetičku energiju. Taj se rad definira kao umnožak sile primijenjene na objekt i udaljenosti koju prijeđe zbog te sile.

Radna jednadžba je:

W = F · d · cos(θ)

Ovdje, W je li posao obavljen, F je veličina primijenjene sile, d je prijeđena udaljenost, i θ je kut između sile i pomaka.

Kinetičku energiju možemo zamisliti kao rad potreban da se tijelo dovede iz stanja mirovanja do trenutne brzine.

Vrste kinetičke energije

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

• Translacijska kinetička energija: Javlja se kada se objekt kreće ravnom putanjom. Na primjer, kada se automobil kreće ravnom cestom, ima translacijsku kinetičku energiju.
• Kinetička energija rotacije: Pojavljuje se kada objekt rotira oko vlastite osi. Najjasniji primjer je onaj kotača koji se vrti ili lopatice ventilatora u pokretu.

Osim ovih vrsta, kinetička energija se može manifestirati i na drugim razinama. Na primjer, na mikroskopskoj razini, kretanje atoma u krutom tijelu stvara a toplinska kinetička energija, koji je odgovoran za toplinu. Elektroni koji se kreću u krugu također stvaraju električna kinetička energija.

Kako se izračunava kinetička energija?

Izračunavanje kinetičke energije tijela je relativno jednostavno ako znate njegovu masu i brzinu. Opća formula od Kinetička energija daje:

Za bolje razumijevanje ove jednadžbe, 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, mjerenoj u metrima u sekundi (m/s).

Kao što vidite, kinetička energija proporcionalna je masi, ali ovisi o kvadratu brzine, što znači da udvostručenje brzine tijela učetverostručuje njegovu kinetičku energiju.

Nadalje, kinetička energija tijela uvijek može biti pozitivna ili barem jednaka nuli ako tijelo miruje.

Akceleracija i trenje u kinetičkoj energiji

kinetička energija Ne djeluje sam od sebe u svemiru. Često je pod utjecajem drugih sila, prije svega sila trenja i ubrzanje.

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

Zbog toga je poznavanje sila trenja bitno za razumijevanje ponašanja pokretnog objekta. Na primjer, kada vozite automobil, kinetička energija kotača neprestano je u interakciji s tlom, što određuje količinu snage potrebne da se automobil kreće.

Formula za kinetičku energiju: primjena u klasičnoj i relativističkoj mehanici

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

Međutim, u relativistička mehanika, potrebno je uzeti u obzir učinke Einsteinova teorija specijalne relativnosti, kada se objekti kreću brzinom bliskom svjetlosti. U ovoj situaciji, klasični oblik formule nije točan, te se koristi složenija verzija izvedena iz poznate Einsteinove jednadžbe. E=m².

Primjeri kinetičke energije

• Bačena lopta: Kada bacate loptu, dajete joj kinetičku energiju. Količina energije ovisi o brzini lopte i njezinoj masi.
• Auto u pokretu: Automobil u prometu ima kinetičku energiju, koja će ovisiti o njegovoj masi i brzini. Prilikom kočenja kinetička energija se rasipa, uglavnom kroz trenje kočnica i guma o tlo.
• Roller coasteri: Prilikom vožnje toboganom, automobili pohranjuju potencijalnu energiju, koja se pretvara u kinetičku energiju dok se automobil kreće niz padine.
• padajuće kamenje: Objekt koji padne s određene visine dobiva kinetičku energiju dok ubrzava. Ova vrsta kumulativnog gibanja koristi se u višestrukim fizičkim eksperimentima i primjerima iz stvarnog svijeta.

Kinetička energija igra ključnu ulogu u bezbrojnim svakodnevnim situacijama i ključna je za razumijevanje načina na koji pokretni objekti međusobno djeluju u našem svijetu. Od najjednostavnijeg kretanja kuglice do proučavanja elektrona u kvantnoj fizici, sve je povezano zakonima koji vladaju ovim oblikom energije.