Kinetisk og potentiel energi: Hvad er forskellen? (w /Eksempler)

For et objekt, der forfalder til tyngdekraften tillader bevarelse af mekanisk energi os at bestemme dens hastighed, når den falder uden at bruge de konstante konstante accelerationsforhold for bevægelser. Bestemm blot den samlede mekaniske energi, før objektet begynder at falde ( mgh
), og så skal uanset hvilken højde det er på, forskellen i potentiel energi være 1 /2mv ^{2. Når du kender kinetisk energi, kan du løse for v
.}

Termisk energi
, også kendt som varmeenergi, er resultatet af molekyler i et stof, der vibrerer. Jo hurtigere molekylerne bevæger sig, jo større er den termiske energi og desto varmere er genstanden. Jo langsommere bevægelse, jo koldere er genstanden. I grænsen, hvor al bevægelse stopper, er objektets temperatur absolutte 0 i enheder af Kelvin.

Temperatur er et mål for den gennemsnitlige translationelle kinetiske energi pr. Molekyle. Den termiske energi i en ideel monatomisk gas er givet ved formlen:
E_ {thermisk} \u003d \\ frac {3} {2} Nk_BT

Hvor N
er antallet af atomer, T
er temperaturen i Kelvin, og k _{B
er Boltzmanns konstante 1.381 × 10 ^{-23 J /K.}}

På overfladen kan dette forstås som den samme slags ting, som mekanisk kinetisk energi er. Det er resultatet af objekter (molekyler i dette tilfælde) fysisk bevæger sig med en bestemt hastighed. Men denne bevægelse sker alt sammen på mikroskopisk skala inden for et større objekt, så det er fornuftigt at behandle det forskelligt - især fordi det er umuligt at redegøre for bevægelsen af hvert enkelt molekyle inde i noget!

Bemærk også at det ikke giver mening at forveksle dette med mekanisk kinetisk energi, da denne energi ikke så enkelt omdannes til potentiel energi på samme måde som den kinetiske energi fra en kugle, der kastes i luften, er.

Bølgenergi og lyd og danner en ekstra type kinetisk energi, som er energien forbundet med bølgebevægelse. Med en bølge rejser en forstyrrelse gennem et medium. Ethvert punkt i dette medium vil svinge på plads, når bølgen passerer - enten i linje med bevægelsesretningen (en langsgående bølge
) eller vinkelret på den (en tværbølge
), sådan som det ses med en bølge på en streng.

Mens punkterne i mediet svinger på plads, forstyrrer selve forstyrrelsen sig fra et sted til et andet. Dette er en form for kinetisk energi, fordi det er resultatet af et fysisk materiale, der bevæger sig.

Energien, der er forbundet med en bølge, er typisk direkte proportional med kvadratet af bølgens amplitude. Det nøjagtige forhold afhænger imidlertid af bølgetypen og mediet, gennem hvilket det bevæger sig.

En type bølge er en lydbølge, som er en langsgående bølge. Det vil sige, det skyldes kompressioner (regioner, hvor mediet er komprimeret) og sjældne virkninger (regioner, hvor mediet er mindre komprimeret) i, mest almindeligt, luft eller andet materiale.

Strålingsenergi
er relateret til bølgeenergi, men det er ikke helt det samme. Dette er energi i form af elektromagnetisk stråling. Du er måske mest bekendt med synligt lys, men denne energi kommer i typer, som vi ikke kan se så godt, såsom radiobølger, mikrobølger, infrarød, ultraviolet, røntgenstråler og gammastråler. Det er energi, der transporteres af fotoner - lyspartikler. Fotoner siges at udstille partikel /bølgedualitet, hvilket betyder, at de fungerer både som en bølge og en partikel.

Strålingsenergi adskiller sig fra almindelige bølger på en meget kritisk måde: Det kræver ikke et medium, gennem hvilket man skal køre . På grund af dette kan det rejse gennem rumvakuumet. Al elektromagnetisk stråling bevæger sig med lysets hastighed (universets hurtigste hastighed!) I et vakuum.

Bemærk, at fotonen ikke har masse, så vi kan ikke blot bruge den mekaniske kinetiske energiligning til bestemme den tilhørende kinetiske energi. I stedet gives energien forbundet med elektromagnetisk stråling af E \u003d hf, hvor f
er frekvens og h
er Plancks konstante 6.626 × 10 ^{-34 Js.}

Elektrisk energi
: Den kinetiske energi, der er forbundet med en bevægelig ladning, er den samme mekaniske kinetiske energi 1 /2mv ^{2; en genererende ladning genererer imidlertid også et magnetfelt. Det magnetiske felt, ligesom et tyngdepunkt eller et elektrisk felt, har evnen til at overføre potentiel energi til alt, hvad der kan "føle" det - såsom en magnet eller en anden bevægelig ladning.
Energitransformationer -}

Det samlede energien i et lukket system bevares. Det vil sige, at den samlede mængde, i alle former, forbliver konstant, selvom den overføres mellem objekter i systemet eller ændrer form eller type.

Et fremragende eksempel på dette er, hvad der sker med kinetikken, potentialet og det totale energi fra en kugle kastet i luften. Lad os antage, at en kugle på 0,5 kg startes opad fra jordniveau med en første hastighed på 20 m /s. Vi kan bruge følgende kinematiske ligninger til at bestemme kuglens højde og hastighed ved hvert sekund af dens kørsel:
v_f \u003d v_i + at \u003d 20 \\ text {m /s} -gt \\\\ y_f \u003d y_i + v_it + \\ frac {1} {2} ved ^ 2 \u003d (20 \\ text {m /s}) t- \\ frac {g} {2} t ^ 2

Hvis vi tilnærmer g
som 10 m /s ^{2, vi får resultaterne vist i følgende tabel:}

(Indsæt tabel)

Nu kan vi se på det fra et energiperspektiv. For hvert sekund af rejsen kan vi beregne den potentielle energi ved hjælp af mgh
og den kinetiske energi ved hjælp af 1 /2mv ^{2. Den samlede energi er summen af de to. At tilføje kolonner til vores tabel for potentiel, kinetisk og total energi, vi får:}

(Indsæt tabel)

Som du kan se, i starten af dens sti, er al boldens energi kinetisk. Når den stiger, falder dens hastighed og højden stiger, og kinetisk energi omdannes til potentiel energi. Når det er på sit højeste punkt, er al den oprindelige kinetik forvandlet til potentiale, og derefter vender processen sig, når den falder ned igen. Under hele stien forblev den samlede energi konstant.

Hvis vores eksempel havde inkluderet friktion eller andre dissipative kræfter, ville den samlede mekaniske energi ikke, mens den samlede energi stadig ville blive konserveret. Den samlede mekaniske energi ville svare til forskellen mellem den samlede energi og den energi, der blev transformeret til andre typer, såsom termisk eller lydenergi.