Девятый класс
  1. Механика  1.1. Движение  1.1.1. Виды движения  1.1.2. Расстояние и перемещение  1.1.3. Скорость и вектор скорости  1.1.4. Ускорение  1.1.5. Графическое представление движения  1.1.6. Уравнения движения  1.1.7. Равномерное и неравномерное движение  1.1.8. Свободное падение и ускорение свободного падения  1.1.9. Relative speed  1.1.10. Circular motion  1.2. Законы силы и движения  1.2.1. Понятие силы  1.2.2. Первый закон Ньютона  1.2.3. Newton's second law of motion  1.2.4. Третий закон Ньютона  1.2.5. Инерция и виды инерции  1.2.6. Motion  1.2.7. Conservation of momentum  1.2.8. Применение законов Ньютона в повседневной жизни  1.2.9. Types of Forces (Contact and Non-Contact)  1.2.10. Friction and its effects  1.3. Гравитационная сила  1.3.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.3.2. Важность гравитационной силы  1.3.3. Ускорение из-за гравитации  1.3.4. Свободное падение и невесомость  1.3.5. Масса и вес  1.3.6. Изменение g с высотой и глубиной  1.3.7. Kepler's laws of planetary motion  1.3.8. Satellites and their orbits  1.4. Work, Energy and Power  1.4.1. Понятие работы  1.4.2. Положительные и отрицательные действия  1.4.3. Работа, совершаемая постоянной и переменной силой  1.4.4. Энергия и ее формы  1.4.5. Кинетическая и потенциальная энергия  1.4.6. Закон сохранения энергии  1.4.8. Коммерческая единица энергии  1.4.9. Теорема о работе и энергии  1.5. Простые механизмы  1.5.1. Types of simple machines  1.5.2. Механическое преимущество  1.5.3. Эффективность машин  1.5.4. Рычаги и их типы  1.5.5. Блоки и наклонные плоскости  1.5.6. Шестерни и их применение
  2. Свойства материи  2.1. Состояния материи  2.1.1. Solids, liquids and gases  2.1.2. Свойства различных состояний вещества  2.1.3. Изменение состояния вещества  2.1.4. Плазма и конденсат Бозе — Эйнштейна  2.2. Плотность и давление  2.2.1. Понятие плотности и относительной плотности  2.2.2. Давление в твердых телах, жидкостях и газах  2.2.3. Pascal's law and its applications  2.2.4. Атмосферное давление и его вариации  2.2.5. Surface tension and capillarity  2.3. Плавучесть и принцип Архимеда  2.3.1. Выталкивающая сила  2.3.2. Закон Архимеда  2.3.3. Применения принципа Архимеда  2.3.4. плавучие и тонущие объекты  2.3.5. Теория плавания и принцип Архимеда
  3. Теплота и термодинамика  3.1. Температура и тепло  3.1.1. Концепция тепла и температуры  3.1.2. Измерение температуры  3.1.3. Шкалы температуры  3.2. Heat transfer  3.2.1. Проводимость тепла  3.2.2. Конвекция тепла  3.2.3. тепловое излучение  3.2.4. Применения теплообмена  3.2.5. Теплопроводность  3.3. Thermal expansion  3.3.1. Расширение твердых тел, жидкостей и газов  3.3.2. Abnormal expansion of water  3.3.3. Применение теплового расширения  3.4. Удельная теплоемкость и скрытая теплота  3.4.1. Концепция удельной теплоемкости  3.4.2. Измерение и применение удельной теплоемкости  3.4.3. Latent heat of fusion and vaporization  3.4.4. Тепловые двигатели и эффективность
  4. Волны и звук  4.1. Waves and their types  4.1.1. Механические и электромагнитные волны  4.1.2. Продольные и поперечные волны  4.1.3. Свойства волн  4.1.4. Длина волны, частота и скорость волны  4.1.5. Наложение волн  4.2. Звуковые волны  4.2.1. Природа и передача звука  4.2.2. Скорость звука в различных средах  4.2.3. Отражение звука и эхо  4.2.4. Sonar and ultrasound  4.2.5. Резонанс и пульсация  4.3. Характеристики звука  4.3.1. Интенсивность, громкость и качество звука  4.3.2. Эффект Доплера в звуке
  5. Освещение и оптика  5.1. Отражение света  5.1.1. Законы отражения  5.1.2. Отражение от плоского зеркала  5.1.3. Отражение от сферического зеркала  5.1.4. Формирование изображения вогнутыми и выпуклыми зеркалами  5.1.5. Применения отражения  5.2. Преломление света  5.2.1. Законы преломления  5.2.2. Показатель преломления  5.2.3. Преломление через стеклянную плиту  5.2.4. Refraction in water and air  5.2.5. Lenses and their types  5.2.6. Image formation by convex and concave lenses  5.2.7. Total internal reflection and its applications  5.3. Дисперсия и рассеяние света  5.3.1. Спектр белого света  5.3.2. Prisms and Dispersion  5.3.3. Эффект Тиндаля и голубое небо
  6. Электричество и магнетизм  6.1. Электрический заряд и статическое электричество  6.1.1. Понятие электрического заряда  6.1.2. Зарядка трением, контактом и индукцией  6.1.3. Электроскоп и его работа  6.2. Current Electricity  6.2.1. Понятие электрического тока  6.2.2. Ohm's Law and Resistance  6.2.3. Факторы, влияющие на сопротивление  6.2.4. Последовательные и параллельные схемы  6.2.5. Тепловой эффект электрического тока  6.2.6. Электрическая мощность и энергия  6.3. Магнетизм  6.3.1. Естественные и искусственные магниты  6.3.2. Свойства магнитов  6.3.3. Earth's magnetism  6.3.4. Magnetic field and field lines  6.3.5. Электромагниты и их применение
  7. Современная физика  7.1. структура атома  7.1.1. Atomic Structure and Subatomic Particles  7.1.2. Электроны, протоны и нейтроны  7.1.3. Модель Резерфорда и Бора  7.2. Радиоактивность  7.2.1. Types of radioactive emissions  7.2.2. Период полураспада и радиоактивный распад  7.2.3. Использование и опасности радиации
  8. Space science and astronomy  8.1. Вселенная и ее компоненты  8.1.1. Звезды и галактики  8.1.2. Planets and Solar System  8.2. Спутники  8.2.1. Естественные и искусственные спутники  8.2.2. Использование спутников

Девятый класс → Механика → Work, Energy and Power ↓


Кинетическая и потенциальная энергия


В физике концепция энергии играет важную роль в понимании того, как устроен мир. Энергия может проявляться в различных формах, и две основных формы - это кинетическая энергия и потенциальная энергия. Эти формы энергии помогают объяснить динамику объектов, когда они движутся или останавливаются под действием на них сил. Давайте разберемся в этих концепциях более подробно с примерами и иллюстрациями.

Что такое энергия?

Прежде чем углубляться в кинетическую и потенциальную энергию, необходимо понять, что такое энергия. В физике энергия - это способность выполнять работу. Работа происходит, когда сила заставляет объект двигаться в направлении этой силы. Концепция энергии лежит в основе всех физических процессов и определяет, как объекты передвигаются, изменяются или взаимодействуют друг с другом.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия - это энергия, которой обладает объект благодаря своему движению. Любой движущийся объект обладает кинетической энергией. Количество кинетической энергии объекта зависит от двух основных факторов: его массы и скорости.

Формула для расчета кинетической энергии (KE) выглядит следующим образом:

KE = 0.5 * m * v^2
  • KE = кинетическая энергия (в джоулях)
  • m = масса объекта (в килограммах)
  • v = скорость объекта (в метрах в секунду)

Эта формула показывает, что кинетическая энергия объекта пропорциональна его массе и квадрату скорости. Это означает, что даже небольшое увеличение скорости может привести к значительному увеличению кинетической энергии. Посмотрим, как это работает на практике с некоторыми примерами.

Пример 1: Катящийся шар

Представьте себе, что шар массой 2 кг движется со скоростью 3 м/с. Какова его кинетическая энергия?

KE = 0.5 * 2 кг * (3 м/с)^2 = 0.5 * 2 * 9 = 9 джоулей

Кинетическая энергия катящегося шара составляет 9 джоулей. Обратите внимание, как в формуле скорость возведена в квадрат, что показывает значительное влияние этого параметра на кинетическую энергию.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия - это энергия, хранящаяся внутри объекта из-за его положения, состояния или состояния. Эта форма энергии имеет потенциал для преобразования в кинетическую энергию. Два общих типа - это гравитационная потенциальная энергия и упругая потенциальная энергия.

Гравитационная потенциальная энергия

Гравитационная потенциальная энергия - это энергия, которой обладает объект из-за своего положения в гравитационном поле, обычно связанная с его высотой над землей. Формула для гравитационной потенциальной энергии (PE) выглядит следующим образом:

PE = m * g * h
  • PE = потенциальная энергия (в джоулях)
  • m = масса объекта (в килограммах)
  • g = ускорение свободного падения (около 9.81 м/с2 на Земле)
  • h = высота над землей (в метрах)

Эта формула показывает, что потенциальная энергия объекта увеличивается с его высотой и массой. Проверьте этот концепт на простом примере.

Пример 2: Книга на полке

Предположим, книга массой 1.5 кг находится на полке в 2 м над землей. Какова ее гравитационная потенциальная энергия?

PE = 1.5 кг * 9.81 м/с^2 * 2 м = 29.43 джоулей

Таким образом, книга имеет гравитационную потенциальную энергию 29.43 джоулей. Если она упадет, эта потенциальная энергия превратится в кинетическую энергию, когда книга получит скорость, приближаясь к земле.

Иллюстрация концепции энергии

Вот простой пример, чтобы показать как кинетическую, так и потенциальную энергию:

2 метра Книга Шар

На этой иллюстрации книга обладает потенциальной энергией из-за своего положения на полке, в то время как красный круг, представляющий шар, обладает кинетической энергией, потому что он катится по земле.

Упругая потенциальная энергия

Другой тип потенциальной энергии - упругая потенциальная энергия, которая находится в растянутой или сжатой пружине. Повседневный пример - натянутая тетива лука, которая накапливает энергию, которая высвобождается в виде кинетической энергии при выстреле стрелы.

Формула для упругой потенциальной энергии немного сложнее и обычно требует знания константы упругости пружины, которая определяет жесткость пружины.

PE = 0.5 * k * x^2
  • PE = Упругая потенциальная энергия (в джоулях)
  • k = константа упругости пружины (в ньютонах на метр)
  • x = смещение от положения равновесия (в метрах)

Энергия зависит от того, насколько сильно растянута или сжата пружина (x) и от жесткости пружины (k).

Пример 3: Растянутая пружина

Если пружина с константой упругости 200 Н/м растянута на 0.1 м, сколько упругой потенциальной энергии будет в ней накоплено?

PE = 0.5 * 200 Н/м * (0.1 м)^2 = 0.5 * 200 * 0.01 = 1 джоуль

В данном случае пружина накапливает 1 джоуль упругой потенциальной энергии.

Сохранение энергии

Важная концепция в физике - это сохранение энергии, которое гласит, что энергия не может быть создана или разрушена; она может только переходить из одной формы в другую. Это означает, что полная энергия изолированной системы остается постоянной во времени.

Например, когда шар бросают в воздух, он первоначально имеет высокую кинетическую энергию. По мере того как он поднимается, кинетическая энергия преобразуется в потенциальную энергию, пока не достигнет самой высокой точки, где на мгновение у него только потенциальная энергия. Потом, когда он падает, потенциальная энергия опять превращается в кинетическую энергию.

Эта теория не только увлекательна, но и важна в таких областях, как инженерия и экология, где энергоэффективность и преобразование энергии являются важными моментами.

Повседневные примеры кинетической и потенциальной энергии

Понимание этих концепций энергии помогает нам понять многие повседневные ситуации:

  • Ветроэлектростанция: Ветер имеет кинетическую энергию, которая используется турбинами для генерации электричества. Это классический пример преобразования кинетической энергии в полезную форму энергии (электрическую энергию).
  • Гидроэлектростанции: Вода, накопленная в плотинах, имеет потенциальную энергию. При высвобождении эта вода течет через турбины и производит электричество, превращая потенциальную энергию в кинетическую и, в конечном счете, в электрическую энергию.
  • Маятник: Осциллирующий маятник постоянно преобразовывает кинетическую энергию в потенциальную и обратно, иллюстрируя преобразование энергии в гармоническом движении.

Визуальный пример: Преобразование энергии в маятнике

Максимум ПЭ Максимальная скорость

Маятник показывает, как потенциальная энергия (@ максимальная высота) преобразуется в кинетическую энергию (@ низшая высота) и обратно тоже, когда он качается. Это преобразование продолжается, показывая непрерывное преобразование между двумя состояниями энергии.

Кинетическая и потенциальная энергия в спорте

Эти концепции энергии также играют важную роль в спорте:

  • Баскетбол: При забрасывании баскетбольного мяча, мяч изначально имеет высокую кинетическую энергию. По мере достижения пика его дуги, она получает максимальную потенциальную энергию, которая превращается обратно в кинетическую энергию по мере его падения к обручу.
  • Бег: При беге, бегун преобразует химическую энергию от его мышц в кинетическую энергию, которая двигает его вперед.

Заключение

Кинетическая энергия и потенциальная энергия - ключевые концепции, которые помогают нам понять движение и поведение объектов. Они проливают свет на то, как энергия постоянно преобразуется из одного типа в другой. Используя эти принципы, мы можем лучше ценить и использовать энергию в различных областях, от инженерии до повседневных ситуаций.

В следующий раз, когда будете играть в футбол, качаться на качелях или поднимать сумку, вы поймете интересную игру кинетической и потенциальной энергии.


Девятый класс → 1.4.5


U
username
0%
завершено в Девятый класс

← Предыдущий (1.4.4)
Энергия и ее формы
Следующий (1.4.6) →
Закон сохранения энергии

Комментарии 



Кинетическая и потенциальная энергия

https://www.physicsflow.com/g9/1.4.5?pfal=ru