Кинетичка енергија

Од Википедија — слободната енциклопедија
Прејди на: содржини, барај
Кинетичка енергија
Wooden roller coaster txgi.jpg
Количките на лудата железница ја постигнуваат својата максимална кинетичка енергија кога се на дното од нивната патека. Кога започнуваат да се искачуваат кинетичката енергија се претвора во гравитациона потенцијална енергија. Збирот на кинетичката и потенцијалната енергија во ситемеот е постојан, се занемаруваат губитоците поради триењето.
Симболи
KE, Ek, или T
SI-единица џул (J)
Изведенки од
други величини

Ek = ½mv2

Ek = Et+Er

Во физиката, кинетичка енергија е енергијата која ја поседува едно тело кое е во движење. Се дефинира како работата потребна за едно тело со определена маса да добие забрзување од положба на мирување до дадена брзина. Добиената енергија при забрзувањето (кинетичката енергија) телото ја одржува се додека не се промени неговата брзина. Телото ја врши истата работа и при забрзување со намалување на брзината од неговата моментна брзина до состојба на мирување. 

Во класичната механика кинетичката енергија на тело кое не ротира и при тоа има маса m и брзина v е еднаква на . Во релативистичката механика ова е добра проценка само кога v е помала од брзината на светлината.

Meрна единица за кинетичка енергија е 1 ЏУЛ.

Историја и развој[уреди | уреди извор]

Зборот „кинетичка“ потекнува од грчкиот збор kinesis, што значи движење. Поделбата меѓу кинетичката и потенцијалната енергија датира од времето на Аристотел и неговите концепти за вистинитост и можност.

Принципот на класичната механика дека E ∝ mv2  први ја развиле Готфрид Лајбниц и Џонан Бернули, кои ја опишале кинетичката енергија како жива сила  (vis viva). Вилем Грејвсанде од Холандија обезбедил експериментални докази за оваа врска. Пуштајќи тегови слободно да паѓаат од различни виочини во маса од глина, тој одредил дека нивната длабочина на пенетрација е пропорционална со квадратот на брзината со која што удриле во глината. Емили де Шателе увидела на предлозите кои експериментот ги нудел и објавила објаснување.

Поимите кинетичка енергија и работа со нивните денешни научни значења датираат од средината на 19-тиот век. Раните разбирања за овие идеи се поврзуваат со Гаспард-Густаве Королис, кој објавил статија во 1829 година во која што тој ја потенцирал математиката во кинетичката енергија како величина. Вилијам Томпсон го измислил поимот „кинетичка енергија“ (1849-1851).

Вовед[уреди | уреди извор]

Енергијата се појавува во разни форми: хемиска, топлинска енергија, електромагнетна радијација, гравитациска енергија, електрична, еластична, нуклеарна енергија и енергија на тело во мирување. Сите овие се групирани во два основни видови на енергија: потенцијална и кинетичка. Кинетичка енергија е енергијата која ја поседува едно тело кое е во движење. Таа може да се пренесе од едно тело на друго, или пак да се претвори во друг тип на енергија.

Кинетичката енергија може најдобро да се сфати преку примери кои покажуваат како таа може да се претвори од/во други форми на енергија. На пример, еден велосипедист користи хемиска енергија добиена од храната за да го доведе велосипедот до определена брзина. На рамна површина оваа брзина може да се одржува без понатамошна работа, освен за совладување на отпорот со воздуот и триењето. На овој начин хемиската енергија е претворена во кинетичка, но во текот на процесот се создава и топлина во телото на велосипедистот.

Кинетичката енергија која ја поседуваат велосипедот и велосипедистот можат да се претворат и во други форми на енергија. На пример, велосипедистот може да наиде на некоја угорница која е доволно висока, за движењето на велосипедот по неа да предизвика претворање на речиси целата кинетичка енергија во гравитациска потенцијална, а тоа би довело до целосно застанување на велосипедот. Гравитациската енергија може повторно да се претвори во кинетичка доколку велосипедот се пушти слободно да се движи по удолницата. На тој начин висината на која што се наоѓа телото се намалува, предизвикувајќи пад и на гравитациската енергија, а растење на брзината и со самото тоа и на кинетичката енергија. Но, телото нема да може да ја врати целосно кинетичката енергија која ја поседувало пред да се качи на угорницата без при тоа да ги движи педалите, а причина за ова е триењето. Кинетичката енергија не исчезнува, туку само се претвара во друга форма на енергија благодарение на триењето. Исто така, велосипедистот би можел да поврзе динамо за тркалата на велосипедот, што би довело до тоа кинетичката енергија која ја поседуваат тркалата да биде претворена во електрична. Тоа значи дека ќе дојде до пад на кинетичката енергија, а со самото тоа и намалување на брзината кога велосипедот ќе стигне до крајот на удолницата. Друга опција, пак би била велосипедистот да притисне на кочниците. Во тој случај кинетичката енергија ќе се претвори во топлина поради триењето.

Кинетичката енергија не е константна.

Кинетичката енергија може да се пренесе од едно тело на друго. При играње билијард, играчот придава кинетичка енергија на топчето со тоа што го удира со стапот. Доколку топчето се судри со друго топче, брзината кај него драстично се намалува, додека топчето со кое се судрило добива забрзување, поради кинетичката енергија која ја добило од другото топче. Судирите при играње билијард се од еластична природа, односно кинетичката енергија се зачувува (само се пренесува од едно тело на друго без при тоа да се претвори во некој друг вид на енергија). Но, при судири од нееластична природа доаѓа до претворање на кинетичката енергија во други форми на енергија (топлина, звук итн.).

Постои направа наречена замаец, којашто служи за зачувување на енергија. Ова докажува дека кинетичката енергија може да се зачува во ротационо движење.

Постојат повеќе математички описи на кинетичката енергија. За тела или процеси кои се одвиваат во секојдневието на човекот, формулата ½mv², поставена од Њутновата механика, може да се примени. Но, доколку брзината на едно тело е споредлива со онаа на брзината, тогаш се користи релативистичката формула. Доколку телото е на атомско или субатомско ниво, тогаш се користи квантномеханички модел.

Њутнова кинетичка теорија[уреди | уреди извор]

Кинетичка енергија на цврсти тела[уреди | уреди извор]

Во класичната механика кинетичката енергија на една материјална точка (тело чијашто маса ја замеруваме) или пак на цврсто нееластично тело кое не ротира зависи од масата и брзината на телото. Кинетичката енергија е еднаква на една половина од производот на масата и квадратот на брзината. Во вид на формула:

каде m е масата, а v претставува брзината на телото. Во SI системот масата се мери во килограми (kg), а брзината во метри во секунда (m/s), додека кинетичката енергија се мери во џули (Ј). 

На пример, 80 килограми и 18 м/s.

Кога пуштаме топче слободно да паѓа, ние вршиме работа врз него за да му дадеме брзина. Додека паѓа, топчето може да удри во нешто, вршејќи работа врз тоа тело. Кинетичката енергија на тело во движење е еднаква со работата потребна да се изврши за да се доведе до определена брзина од положба на мирување, или пак на работата која телото е способно да ја изврши додека се доведува до положба на мирување. 

 

Бидејќи кинетичката енергија се зголемува со квадратот на брзината, тело кое има два пати поголема брзина има четири пати поголема кинетичка енергија. На пример, автомобил со брзина двојно поголема од брзината на друг автомобил му е потребно четири пати поголемо растојание за да застане, доколку сметаме дека силата на кочење е константна. Како последица на ова зголемување за четири пати, потребно е да се изврши четири пати поголема работа за двојно да биде зголемена брзината.

Кинетичката енергија на едно тело е поврзана со количеството движење кое телото во движење го поседува преку формулата:

каде:

p- е количество движење
m- масата на телото
Транслаторна кинетичка енергија пак, претставува кинетичка енергија поврзана со праволиниско движење на круто (цврсто и нееластично) тело со константна маса m, чијшто центар на маса се движи по права линија со брзина v:

Не можев да расчленам (MathML со SVG или PNG за резерва (препорачано за современи прелистувачи и олеснителни алатки): Неважечки одговор („Math extension cannot connect to Restbase.“) од опслужувачот „/mathoid/local/v1/“:): {\displaystyle Et=\frac{1}{2}mv^2}

каде:

m=масата на телото
v=брзината на центарот на масата на телото