กฎการอนุรักษ์พลังงาน: คำอธิบายสูตรและตัวอย่างปัญหา

กฎการอนุรักษ์พลังงาน

กฎการอนุรักษ์พลังงานระบุว่าพลังงานไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้ แต่สามารถเปลี่ยนจากพลังงานรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งได้

กิจกรรมที่เราทำทุกวันเป็นการเปลี่ยนแปลงพลังงานจากรูปแบบหนึ่งไปสู่อีกรูปแบบหนึ่ง

ตามความหมายของพจนานุกรมเคมบริดจ์พลังงานคืออำนาจในการทำงานที่ก่อให้เกิดแสงความร้อนหรือการเคลื่อนไหวหรือเชื้อเพลิงหรือไฟฟ้าที่ใช้เป็นพลังงาน

ตัวอย่างเช่นเมื่อเรากินอาหารเราจะเปลี่ยนพลังงานเคมีจากอาหารเป็นพลังงานที่เราใช้ในการเคลื่อนที่ อย่างไรก็ตามพลังงานนี้จะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อเราอยู่นิ่ง พลังงานจะยังคงมีอยู่ ต่อไปนี้เป็นเสียงของกฎการอนุรักษ์พลังงาน

การทำความเข้าใจกฎการอนุรักษ์พลังงาน

“ ปริมาณพลังงานในระบบปิดไม่เปลี่ยนแปลงก็จะคงเดิม พลังงานนี้ไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้ แต่สามารถเปลี่ยนจากพลังงานรูปแบบหนึ่งไปเป็นอีกรูปแบบหนึ่งได้ "

ผู้ก่อตั้ง Law of Conservation of Energy คือ James Prescott Joule นักวิทยาศาสตร์จากอังกฤษซึ่งเกิดเมื่อวันที่ 24 ธันวาคม พ.ศ. 2361

กฎการอนุรักษ์พลังงานกล คือผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ พลังงานศักย์คือพลังงานที่มีอยู่ในวัตถุเนื่องจากวัตถุนั้นตั้งอยู่ในสนามพลัง ในขณะเดียวกันพลังงานจลน์คือพลังงานที่เกิดจากการเคลื่อนที่ของวัตถุที่มีมวล / น้ำหนัก

ต่อไปนี้เป็นการเขียนสูตรสำหรับพลังงานทั้งสอง

กฎการอนุรักษ์พลังงาน

ข้อมูล

E K = พลังงานจลน์ (จูล)

E P = พลังงานศักย์ (จูล)

m = มวล (Kg)

v = ความเร็ว (m / s)

g = แรงโน้มถ่วง (m / s2)

h = ความสูงของวัตถุ (ม.)

หน่วยทั้งหมดสำหรับปริมาณพลังงานคือจูล (SI) นอกจากนี้ในพลังงานศักย์การทำงานของแรงนี้จะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงเชิงลบของพลังงานศักย์ของระบบ

ในทางกลับกันสำหรับระบบที่เปลี่ยนความเร็วงานทั้งหมดที่ทำกับระบบนี้จะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงของพลังงานจลน์ เนื่องจากกำลังทำงานเป็นเพียงพลังอนุรักษ์นิยมความพยายามทั้งหมดในระบบจะเท่ากับการเปลี่ยนแปลงเชิงลบของพลังงานศักย์

หากเรารวมแนวคิดทั้งสองนี้เข้าด้วยกันสถานะจะปรากฏขึ้นซึ่งการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดของพลังงานจลน์และการเปลี่ยนแปลงของพลังงานศักย์มีค่าเท่ากับศูนย์

กฎการอนุรักษ์พลังงาน

จากสมการที่สองจะเห็นได้ว่าผลรวมของพลังงานจลน์เริ่มต้นและพลังงานศักย์จะเหมือนกับผลรวมของพลังงานจลน์สุดท้ายและพลังงานศักย์

อ่านเพิ่มเติม: องค์ประกอบของงานวิจิตรศิลป์ (เต็ม): พื้นฐานรูปภาพและคำอธิบาย

ผลรวมของพลังงานนี้เรียกว่าพลังงานกล ค่าของพลังงานกลนี้จะคงที่เสมอโดยมีเงื่อนไขว่าแรงที่กระทำต่อระบบจะต้องเป็นแรงอนุรักษ์นิยม

สูตรสำหรับกฎการอนุรักษ์พลังงาน

พลังงานทั้งหมดในระบบ (เช่นพลังงานกล) จะต้องเท่ากันเสมอดังนั้นพลังงานกลก่อนและหลังจึงมีขนาดเท่ากัน ในกรณีนี้สามารถแสดงเป็นไฟล์

กฎการอนุรักษ์พลังงาน

ตัวอย่างกฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงาน

1. ผลไม้บนต้นไม้ล้ม

เมื่อผลไม้อยู่บนโพฮอมจะหยุดนิ่ง ผลไม้นี้จะมีพลังงานศักย์เนื่องจากสูงจากพื้นดิน

ตอนนี้ถ้าผลไม้ตกลงมาจากต้นไม้พลังงานศักย์จะเริ่มเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์ ปริมาณพลังงานจะคงที่และจะเป็นพลังงานกลทั้งหมดของระบบ

ก่อนที่ผลไม้จะกระทบพื้นพลังงานศักย์ทั้งหมดของระบบจะลดลงเหลือศูนย์และจะมีพลังงานจลน์เท่านั้น

2. โรงไฟฟ้าพลังน้ำ

พลังงานกลจากน้ำที่ตกลงมาจากน้ำตกถูกใช้เพื่อหมุนกังหันที่ด้านล่างของน้ำตก การหมุนกังหันนี้ใช้เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า

3. เครื่องจักรไอน้ำ

เครื่องจักรไอน้ำทำงานด้วยไอน้ำซึ่งเป็นพลังงานความร้อน พลังงานความร้อนนี้จะถูกแปลงเป็นพลังงานกลซึ่งใช้ในการขับเคลื่อนรถจักร นี่คือตัวอย่างของการแปลงพลังงานความร้อนเป็นพลังงานกล

4. กังหันลม

พลังงานจลน์ของลมทำให้ใบพัดหมุน กังหันลมเปลี่ยนพลังงานจลน์ของลมเป็นพลังงานไฟฟ้า

5. ปืนลูกดอกของเล่น

ปืนลูกดอกมีสปริงที่สามารถกักเก็บพลังงานยืดหยุ่นได้เมื่ออยู่ในตำแหน่งบีบอัด

พลังงานนี้จะถูกปล่อยออกมาเมื่อสปริงยืดออกทำให้ลูกศรเคลื่อนที่ ดังนั้นการแปลงพลังงานยืดหยุ่นของสปริงเป็นพลังงานจลน์ของลูกศรเคลื่อนที่

6. เกมลูกหิน

เมื่อเล่นกับหินอ่อนพลังงานกลจากนิ้วจะถูกถ่ายโอนไปยังหินอ่อน สิ่งนี้ทำให้หินอ่อนเคลื่อนที่และเคลื่อนที่ไปได้ระยะหนึ่งก่อนที่จะหยุด

อ่านเพิ่มเติม: ตัวนำคือ - คำอธิบายภาพวาดและตัวอย่าง

ตัวอย่างปัญหากฎหมายอนุรักษ์พลังงาน

1. หยูยุนทำกุญแจรถหล่นจากความสูง 2 เมตรเพื่อให้กุญแจเคลื่อนที่ตกลงไปใต้บ้านอย่างอิสระ ถ้าความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วง ณ สถานที่นั้นเท่ากับ 10 m / s2 ดังนั้นความเร็วหลักหลังจากเคลื่อนที่ 0.5 เมตรจากตำแหน่งเริ่มต้นคือ

คำอธิบาย

ชั่วโมง1 = 2 ม., v 1 = 0, ก. = 10 ม. / วินาที 2, ​​ชม. = 0.5 ม., ชม. 2 = 2 - 0.5 = 1.5 ม.

v 2 =?

ตามกฎการอนุรักษ์พลังงานกล

Em 1 = Em 2

Ep 1 + เอก1 = Ep 2 + เอก2

mgh 1 + ½ mv 1 2 = mgh 2 + ½m.v 2 2

ม. 10 (2) + 0 = ม. 10 (1,5) + ½m.v 2 2

20 ม. = 15 ม. + ½m.v 2 2

20 = 15 + ½ v 2 2

20 - 15 = ½ v 2 2

5 = ½ v 2 2

10 = v 2 2

v 2 = √10เมตร / วินาที

2. บล็อกเลื่อนจากด้านบนของระนาบลาดเอียงเพื่อมาถึงฐานของระนาบเอียง หากด้านบนของระนาบเอียงอยู่ที่ความสูง 32 เมตรเหนือพื้นผิวพื้นความเร็วของบล็อกเมื่อมาถึงด้านล่างของระนาบคือ

คำอธิบาย

ชั่วโมง1 = 32 ม., v 1 = 0, ชม2 = 0, g = 10 ม. / วินาที 2

v 2 =?

ตามกฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงานกล

Em 1 = Em 2

Ep 1 + เอก1 = Ep 2 + เอก2

mgh 1 + ½ mv 1 2 = mgh 2 + ½m.v 2 2

ม. 10 (32) + 0 = 0 + ½m.v 2 2

320 ม. = ½m.v 2 2

320 = ½ v 2 2

640 = v 2 2

v 2 = √640ม. / วินาที = 8 √10ม. / วินาที

3. หินที่มีมวล 1 Kg ถูกโยนขึ้นไปในแนวตั้ง เมื่อความสูง 10 เมตรจากพื้นดินจะมีความเร็ว 2 เมตร / วินาที พลังงานกลของมะม่วงในขณะนั้นคืออะไร? ถ้า g = 10 m / s2

คำอธิบาย

m = 1 กก., h = 10 ม., v = 2 ม. / วินาที, ก. = 10 ม. / วินาที 2

ตามกฎหมายว่าด้วยการอนุรักษ์พลังงานกล

E M = E P + E K

E M = mgh + ½ m v2

E M = 1. 10. 10 + ½. 1. 22

E M = 100 + 2

E M = 102 จูล

นั่นคือรายละเอียดของกฎการอนุรักษ์พลังงานและปัญหาและการนำไปใช้ในชีวิตประจำวัน หวังว่าจะมีประโยชน์