สูตรพลังงานจลน์พร้อมคำอธิบายและตัวอย่างคำถามที่สมบูรณ์

พลังงานจลน์คือพลังงานที่วัตถุครอบครองเมื่อมันเคลื่อนที่ สูตรพลังงานจลน์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับพลังงานศักย์และพลังงานกล

ในการสนทนานี้ผมจะให้คำอธิบายเกี่ยวกับพลังงานจลน์พร้อมบริบทและตัวอย่างของปัญหาเพื่อให้เข้าใจง่ายขึ้น ...

…เนื่องจากการอภิปรายเกี่ยวกับพลังงานจลน์มักปรากฏในเนื้อหาวิชาฟิสิกส์ระดับมัธยมศึกษาตอนต้นและตอนปลายจึงมีการออกคำถามของ UN (National Examination) บ่อยมาก

ความหมายของพลังงาน

พลังงานเป็นตัวชี้วัดความสามารถในการทำงาน

ดังนั้นในทุกกิจกรรมไม่ว่าจะเป็นการผลักโต๊ะยกของวิ่งคุณต้องใช้พลังงาน

พลังงานมีหลายประเภทและที่สำคัญคือ

  • พลังงานจลน์
  • พลังงานที่มีศักยภาพ

การรวมกันของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์เรียกอีกอย่างว่าพลังงานกล

พลังงานจลน์

พลังงานจลน์คือพลังงานที่มีวัตถุเคลื่อนที่

คำว่า kinetic มาจากภาษากรีกคำว่า kinetikos ซึ่งหมายถึงการเคลื่อนที่ ดังนั้นจากสิ่งนั้นแน่นอนว่าวัตถุที่กำลังเคลื่อนที่ล้วนมีพลังงานจลน์

ค่าของพลังงานจลน์มีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับมวลและความเร็วของวัตถุ ปริมาณของพลังงานจลน์เป็นสัดส่วนโดยตรงกับขนาดของมวลและเป็นสัดส่วนกับกำลังสองของความเร็วของวัตถุ

วัตถุที่มีมวลและความเร็วมากจะต้องมีพลังงานจลน์มากเมื่อเคลื่อนที่ ในทางกลับกันวัตถุที่มวลและความเร็วมีขนาดเล็กพลังงานจลน์ก็น้อยเช่นกัน

ตัวอย่างของพลังงานจลน์ ได้แก่ รถบรรทุกที่เคลื่อนที่เมื่อคุณวิ่งและการเคลื่อนไหวอื่น ๆ

อีกตัวอย่างหนึ่งที่คุณสามารถสังเกตได้เมื่อคุณขว้างก้อนหิน หินที่คุณขว้างต้องมีความเร็วดังนั้นจึงมีพลังงานจลน์ คุณจะเห็นพลังงานจลน์ของหินก้อนนี้เมื่อกระทบกับเป้าหมายที่อยู่ข้างหน้า

พลังงานจลน์และพลังงานศักย์

พลังงานที่มีศักยภาพ

พลังงานศักย์คือพลังงานที่วัตถุครอบครองเนื่องจากตำแหน่งหรือตำแหน่งของมัน

ตรงกันข้ามกับพลังงานจลน์ที่ค่อนข้างชัดเจนกล่าวคือเมื่อวัตถุเคลื่อนที่พลังงานศักย์ไม่มีรูปแบบที่แน่นอน

เนื่องจากพลังงานศักย์เป็นพลังงานที่ยังคงมีศักยภาพหรือเก็บไว้ในธรรมชาติ และจะออกมาก็ต่อเมื่อเขาเปลี่ยนตำแหน่ง.

ตัวอย่างของพลังงานศักย์ที่คุณสามารถหาได้ง่ายคือพลังงานศักย์ในฤดูใบไม้ผลิ

เมื่อคุณบีบสปริงมันจะมีพลังงานศักย์เก็บไว้ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมเมื่อคุณปล่อยมือจากการยึดสปริงมันสามารถออกแรงผลัก

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากพลังงานที่เก็บไว้ในรูปของพลังงานศักย์ได้ถูกปลดปล่อยออกมา

พลังงานที่มีศักยภาพ

พลังงานกล

พลังงานกลคือจำนวนพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ทั้งหมด

พลังงานกลมีคุณสมบัติเฉพาะบางประการกล่าวคือภายใต้อิทธิพลของแรงอนุรักษ์นิยมปริมาณของพลังงานกลจะเท่ากันเสมอแม้ว่าค่าของพลังงานศักย์และพลังงานจลน์จะแตกต่างกัน

พูดยกตัวอย่างมะม่วงที่สุกบนต้นไม้

เมื่ออยู่บนต้นไม้มะม่วงจะมีพลังงานศักย์เนื่องจากตำแหน่งของมันและไม่มีพลังงานจลน์เนื่องจากอยู่นิ่ง

แต่เมื่อมะม่วงสุกและร่วงหล่นพลังงานศักย์จะลดลงเมื่อตำแหน่งเปลี่ยนไปในขณะที่พลังงานจลน์เพิ่มขึ้นเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง

คุณยังสามารถเข้าใจสิ่งเดียวกันได้โดยดูตัวอย่างกรณีบนรถไฟเหาะ

พลังงานกลพลังงานจลน์และพลังงานศักย์

นอกจากนี้ในการสนทนานี้ฉันจะมุ่งเน้นไปที่หัวข้อของพลังงานจลน์

อ่านเพิ่มเติม: เชื้อเพลิงฟอสซิลในโลกจะหมดลงหรือไม่? ชัดเจนว่าไม่

ประเภทและสูตรของพลังงานจลน์

พลังงานจลน์มีอยู่หลายประเภทตามการเคลื่อนที่และแต่ละชนิดมีสูตรพลังงานจลน์ของตัวเอง

ต่อไปนี้เป็นประเภท

สูตรพลังงานจลน์ (พลังงานจลน์แปล)

นี่เป็นสูตรพื้นฐานที่สุดสำหรับพลังงานจลน์ พลังงานจลน์การแปลหรือที่เรียกว่าพลังงานจลน์คือพลังงานจลน์เมื่อวัตถุเคลื่อนที่ในการแปล

E k = ½ xmx v2

ข้อมูล :

m = มวลของร่างกายแข็ง (กก.)

v = ความเร็ว (m / s)

E = พลังงานจลน์ (จูล)

สูตรพลังงานจลน์

สูตรพลังงานจลน์แบบหมุน

ในความเป็นจริงไม่ใช่ทุกวัตถุที่เคลื่อนที่ในการเปลี่ยนแปลงเชิงเส้น นอกจากนี้ยังมีวัตถุที่เคลื่อนที่เป็นวงกลมหรือแบบหมุน

สูตรพลังงานจลน์สำหรับการเคลื่อนที่ประเภทนี้เรียกว่าสูตรพลังงานจลน์ของการหมุนและค่าของมันจะแตกต่างจากพลังงานจลน์ธรรมดา

พารามิเตอร์ในพลังงานจลน์ของการหมุนใช้โมเมนต์ความเฉื่อยและความเร็วเชิงมุมซึ่งเขียนไว้ในสูตร:

E r = ½ x ฉัน x ω2

ข้อมูล :

ฉัน = โมเมนต์ความเฉื่อย

ω = ความเร็วเชิงมุม

ดังนั้นในการคำนวณพลังงานจลน์ของการหมุนคุณต้องทราบโมเมนต์ความเฉื่อยและความเร็วเชิงมุมของวัตถุก่อน

สูตรพลังงานจลน์แบบสัมพัทธ์

พลังงานจลน์แบบสัมพัทธ์คือพลังงานจลน์เมื่อวัตถุเคลื่อนที่เร็วมาก

เนื่องจากมันเร็วมากวัตถุที่เคลื่อนที่ด้วยความสัมพันธ์จึงมีความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วแสง

ในทางปฏิบัติแทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่วัตถุขนาดใหญ่จะมาถึงความเร็วนี้ ดังนั้นโดยทั่วไปความเร็วที่ใหญ่มากนี้จึงเกิดขึ้นได้จากอนุภาคที่ประกอบเป็นอะตอม

พลังงานจลน์เชิงสัมพันธ์ของไอน์สไตน์

สูตรสำหรับพลังงานจลน์เชิงสัมพัทธภาพแตกต่างจากพลังงานจลน์ธรรมดาเนื่องจากการเคลื่อนที่ของมันไม่เข้ากันได้กับกลศาสตร์นิวตันคลาสสิกอีกต่อไป ดังนั้นแนวทางจึงดำเนินการโดยใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพของไอน์สไตน์และสามารถเขียนสูตรได้ดังนี้

E k = (γ-1) มค 2

โดยที่γคือค่าคงที่สัมพัทธภาพ c คือความเร็วของแสงและ m คือมวลของวัตถุ

ความสัมพันธ์ของพลังงานกับความพยายาม

งานหรืองานคือปริมาณพลังงานที่กระทำโดยแรงกับวัตถุหรือวัตถุที่มีการเคลื่อนที่

งานหรืองานถูกกำหนดให้เป็นผลคูณของระยะทางที่เดินทางโดยแรงในทิศทางของการกระจัด

แสดงในรูปแบบ

W = Fs

โดยที่ W = Work (Joule), F = Force (N) และ s = Distance (m)

ดูภาพต่อไปนี้เพื่อให้คุณเข้าใจแนวคิดของธุรกิจได้ดีขึ้น

มูลค่าของงานอาจเป็นบวกหรือลบขึ้นอยู่กับทิศทางของแรงที่ถูกเคลื่อนย้าย

หากแรงที่กระทำต่อวัตถุอยู่ในทิศทางตรงกันข้ามกับการกระจัดของมันงานที่ออกแรงนั้นจะเป็นลบ

ถ้าแรงที่กระทำอยู่ในทิศทางเดียวกับการกระจัดแสดงว่าวัตถุกำลังทำงานในเชิงบวก

หากแรงที่ใช้ก่อตัวเป็นมุมค่างานจะคำนวณจากแรงในทิศทางการเคลื่อนที่ของวัตถุเท่านั้น

งานเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับพลังงานจลน์

มูลค่าของงานเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์

สิ่งนี้แสดงเป็น:

W = ΔE k = 1/2 ม. (v 2 2 -v 1 2)

โดยที่ W = งาน = การเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์ m = มวลของวัตถุ v 2 2 = ความเร็วสุดท้ายและ v 1 2 = ความเร็วเริ่มต้น

ตัวอย่างการประยุกต์ใช้แนวคิดเรื่องพลังงานในชีวิตประจำวัน

ตัวอย่างการใช้พลังงานศักย์ ได้แก่

  • หลักการทำงานของหนังสติ๊ก

    ในหนังสติ๊กมียางหรือสปริงที่ทำหน้าที่เป็นเครื่องยิงหินหรือกระสุนของเล่น ยางหรือสปริงที่ดึงและยึดมีพลังงานศักย์ ถ้ายางหรือสปริงคลายออกพลังงานศักย์จะเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์

  • หลักการทำงานของพลังน้ำ

    หลักการที่ใช้เกือบจะเหมือนกันกล่าวคือโดยการเพิ่มศักยภาพความโน้มถ่วงของน้ำที่เก็บรวบรวม

พลังงานที่เป็นไปได้ของลูกศรยางสปริง

ตัวอย่างของการใช้พลังงานจลน์ ได้แก่

  • มะพร้าวที่กำลังเคลื่อนที่ได้ร่วงหล่นจากต้น

    ในกรณีนี้มะพร้าวมีการเคลื่อนที่หมายความว่ามีพลังงานจลน์ ผลกระทบของพลังงานนี้ยังสามารถเห็นได้เมื่อมะพร้าวถึงกระหน่ำบนพื้นดิน

  • เตะบอล

    ถ้าคุณชอบเล่นฟุตบอลคุณก็ต้องเตะบอลให้มากเช่นกัน

พลังงานจลน์ทำให้ลูกบอลสงบ

การเตะบอลเป็นตัวอย่างของการประยุกต์ใช้ความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานจลน์กับงาน คุณเตะบอลด้วยเท้าซึ่งหมายความว่าคุณกำลังเตะบอล จากนั้นลูกบอลจะแปลงความพยายามนี้เป็นพลังงานจลน์เพื่อให้ลูกบอลเคลื่อนที่ได้อย่างรวดเร็ว

อ่านเพิ่มเติม: Caci Maki Netizen Power Plant (PLTCMN) เป็นความคิดที่แย่มาก

ตัวอย่างปัญหาพลังงานจลน์

ตัวอย่างปัญหาพลังงานจลน์ 1

รถที่มีมวล 500 กก. กำลังเดินทางด้วยความเร็ว 25 m / s คำนวณพลังงานจลน์ของรถด้วยความเร็วนั้น! จะเกิดอะไรขึ้นถ้ารถเบรกกะทันหัน?

เป็นที่รู้จัก:

มวลรถ (ม.) = 500 กก

ความเร็วรถ (v) = 25 m / s

ถามว่า:

พลังงานจลน์และเหตุการณ์หากรถเบรกกะทันหัน

ตอบ:

พลังงานจลน์ของรถยนต์ซีดานสามารถคำนวณได้ดังนี้:

เอก = 1/2. ม. v2

เอก = 1/2. 500. (25) 2

เอก = 156,250 จูล

เมื่อรถเบรกรถจะหยุด พลังงานจลน์จะเปลี่ยนเป็นพลังงานความร้อนและพลังงานเสียงที่เกิดจากแรงเสียดทานระหว่างเบรกกับเพลาและยางบนท้องถนน

ตัวอย่างปัญหาพลังงานจลน์ 2

รถจี๊ปมีพลังงานจลน์ 560,000 จูล หากรถมีมวล 800 กก. ความเร็วของรถจี๊ปคือ ...

เป็นที่รู้จัก:

พลังงานจลน์ (Ek) = 560,000 Joule

มวลรถ (ม.) = 800 กก

ถามว่า:

ความเร็วรถ (v)?

ตอบ:

เอก = 1/2. ม. v2

v = √ 2 x เอก / ม

v = √ 2 x 560,000 / 800

v = 37.42 ม. / วินาที

ดังนั้นความเร็วของรถจี๊ปคือ 37.42 เมตร / วินาที

ตัวอย่างปัญหาที่ 3 พลังงานจลน์และการทำงาน

บล็อกที่มีมวล 5 กก. ไถลไปบนพื้นผิวด้วยความเร็ว 2.5 ม. / วินาที ในเวลาต่อมาบล็อกดังกล่าวเดินทางด้วยความเร็ว 3.5 ม. / วินาที งานทั้งหมดที่ทำในบล็อกในช่วงเวลานี้คืออะไร?

เป็นที่รู้จัก:

มวลวัตถุ = 5 กก

ความเร็วของวัตถุดั้งเดิม (V1) = 2.5 m / s

ความเร็วของวัตถุสุดท้าย (V2) = 3.5 m / s

ถามว่า:

งานทั้งหมดที่ทำกับวัตถุ?

ตอบ:

W = ΔE k

W = 1/2 ม. (v 2 2-v 1 2)

W = 1/2 (5) ((3,5) 2- (2,5) 2)

W = 15 จูล

ดังนั้นงานทั้งหมดที่ใช้กับวัตถุคือ 15 จูล

ตัวอย่างโจทย์ 4 พลังงานกล

แอปเปิ้ลที่มีมวล 300 กรัมตกลงมาจากโพโฮที่ความสูง 10 เมตร ถ้าขนาดของแรงโน้มถ่วง (g) = 10 m / s2 ให้คำนวณพลังงานกลในแอปเปิ้ล!

เป็นที่รู้จัก:

- มวลวัตถุ: 300 กรัม (0.3 กก.)

- แรงโน้มถ่วง g = 10 m / s2

- ความสูง h = 10 ม

ถามว่า:

พลังงานกล (Em) แอปเปิ้ล?

ตอบ:

หากวัตถุตกลงและไม่ทราบความเร็วพลังงานจลน์ (Ek) จะถือว่าเป็นศูนย์ (Ek = 0)

Em = Ep + เอก

Em = Ep + 0

Em = Ep

Em = mgh

Em = 0.3 กก. 10 .10

Em = 30 จูล

สรุป

พลังงานกลที่ครอบครองโดยแอปเปิ้ลที่ร่วงหล่นคือ 30 จูล

ตัวอย่างปัญหาที่ 5 พลังงานกล

หนังสือน้ำหนัก 1 กก. ตกจากอาคาร เมื่อตกถึงพื้นความเร็วของหนังสือคือ 20 m / s ความสูงของอาคารที่หนังสือตกลงมาคืออะไรถ้าค่า g = 10 m / s2?

เป็นที่รู้จัก

- มวล m = 1 กก

- ความเร็ว v = 20 m / s

- แรงโน้มถ่วง g = 10 m / s2

ถาม

ความสูงของอาคาร (h)

ตอบ

Em1 = ​​Em2

Ep1 + Ek1 = Ep2 + Ek2

m1.g.h1 + 1/2 ม. 1.v12 = m1.g.h2 + 1/2 ม. 1.v22

Ep = สูงสุด

Ek1 = 0 (เพราะหนังสือยังไม่ย้าย

Ep2 = 0 (เนื่องจากหนังสือวางบนพื้นแล้วและไม่มีความสูง)

Ek2 = สูงสุด

m1.g.h1 + 0 = 0 + 1/2 m1.v 2 2

1 x 10 xh = 1/2 x 1 x (20) 2

10 xh = 200

h = 200/10

h = 20 เมตร

สรุป

ดังนั้นความสูงของอาคารที่หนังสือตกลงมาคือสูง 20 เมตร

ตัวอย่างโจทย์ที่ 6 หาความเร็วถ้าทราบพลังงานจลน์

ความเร็วของวัตถุที่มีมวล 30 กก. ด้วยพลังงานจลน์ 500 J เป็นเท่าใด?

EK = 1/2 x mv2

500 = 1/2 x 30 x v2

500 = 1/2 x 30 x v2

v2 = 33,3

v = 5.77 ม. / วินาที

ตัวอย่างโจทย์ 7 หามวลถ้าทราบพลังงานจลน์

มวลของวัตถุที่มีพลังงานจลน์ 100 J และความเร็ว 5 m / s คืออะไร?

EK = 0.5 x mv2

100 J = 0.5 xmx 52

m = 8กก

ดังนั้นการอภิปรายเกี่ยวกับสูตรพลังงานจลน์ในครั้งนี้ หวังว่าการสนทนานี้จะเป็นประโยชน์และคุณสามารถเข้าใจได้

คุณยังสามารถอ่านบทสรุปต่างๆของสื่อการเรียนอื่น ๆ ได้ที่ Saintif

ข้อมูลอ้างอิง

  • พลังงานจลน์คืออะไร - Khan Academy
  • พลังงานจลน์ - ห้องเรียนฟิสิกส์
  • Kinetic ศักยภาพพลังงานกล | สูตรคำอธิบายตัวอย่างคำถาม - TheGorbalsla.com
  • ความพยายามและพลังงาน - Study Studio