Az energiatakarékosság törvénye: magyarázatok, képletek és példafeladatok

Az energiamegmaradás törvénye kimondja, hogy az energiát nem lehet létrehozni vagy megsemmisíteni, de az egyik energiaformáról a másikra változhat.

Azok a tevékenységek, amelyeket mindennap végzünk, az energia változásai egyik formáról a másikra.

A Cambridge-i szótár meghatározása szerint az energia az a teljesítmény, amely olyan munkát végez, amely fényt, hőt vagy mozgást eredményez, vagy az áramhoz felhasznált üzemanyag vagy villamos energia.

Például, ha eszünk, az élelmiszerből származó kémiai energiát átalakítjuk a mozgáshoz. Az energia azonban akkor sem változik, amikor még vagyunk. Az energia továbbra is létezni fog. Az alábbiakban hangzik az energia megmaradásának törvénye.

Az energiatakarékosság törvényének megértése

"A zárt rendszer energiamennyisége nem változik, ugyanaz marad. Ez az energia nem hozható létre és nem semmisíthető meg, de az energia egyik formájáról a másikra változhat "

Az energiatakarékosság törvényének alapítója James Prescott Joule, angliai tudós, aki 1818. december 24-én született.

A mechanikai energia megmaradásának törvénye  kinetikus energia és potenciális energia összege formájában. A potenciális energia az objektumban jelen lévő energia, mivel az objektum egy erőtérben helyezkedik el. Eközben a mozgási energia az az energia, amelyet egy olyan tárgy mozgása okoz, amelynek tömege / súlya van.

Az alábbiakban a két energia képletét írjuk meg.

Információ

E_K = Kinetikus energia (joule)

E_P = Potenciális energia (Joule)

m = tömeg (kg)

v = sebesség (m / s)

g = gravitáció (m / s2)

h = az objektum magassága (m)

Az energiamennyiség minden egysége Joule (SI). Ezenkívül a potenciális energiában ennek az erőnek a munkája megegyezik a rendszer potenciális energiájának negatív változásával.

Másrészt egy olyan rendszer, amely sebességváltozást tapasztal, az erre a rendszerre ható teljes erőfeszítés egyenlő a kinetikus energia változásával. Mivel a munkaerő csak konzervatív erő, a rendszerre irányuló teljes erőfeszítés megegyezik a potenciális energia negatív változásával is.

Ha ezt a két fogalmat egyesítjük, akkor egy olyan állapot alakul ki, amelyben a mozgási energia és a potenciális energia teljes változása nulla.

A második egyenletből látható, hogy a kezdeti kinetikus és potenciális energiák összege megegyezik a végső kinetikus és potenciális energiák összegével.

Ezen energia összegét mechanikai energiának nevezzük. Ennek a mechanikus energiának az értéke mindig állandó, feltéve, hogy a rendszerre ható erő konzervatív erőnek kell lennie.

Az energiatakarékosság törvényének képlete

A rendszerben lévő összes energiának (azaz a mechanikai energiának) mindig azonosnak kell lennie, tehát az előtte és utána lévő mechanikai energiának azonos nagysága van. Ebben az esetben kifejezhetõ

Példa az energiatakarékosság törvényére

1. Gyümölcs egy kidőlt fán

Amikor a gyümölcs a pohomon van, akkor állni fog. Ennek a gyümölcsnek potenciális energiája lesz a gyümölcs talajtól való magassága miatt.

Ha a gyümölcs leesik a fáról, a potenciális energia átalakul kinetikus energiává. Az energia mennyisége állandó marad, és ez lesz a rendszer teljes mechanikai energiája.

Közvetlenül a gyümölcs földdel történő elérése előtt a teljes rendszerpotenciális energia nullára csökken, és csak mozgási energiája lesz.

2. Vízerőmű

A vízesésről leeső víz mechanikai energiáját arra használják, hogy a turbinákat a vízesés alján forgassák. Ezt a turbina forgatást villamos energia előállítására használják.

3. Gőzgép

A gőzgépek gőzzel működnek, ami hőenergia. Ez a hőenergia mechanikai energiává alakul, amelyet a mozdony működtetésére használnak. Ez egy példa a hőenergia mechanikai energiává történő átalakítására

4. Szélmalmok

A szél mozgási energiája a pengék forogását okozza. A szélmalmok a szél mozgási energiáját elektromos energiává alakítják.

5. Játék nyílfegyver

A dartfegyvernek van egy rugója, amely rugalmas energiát képes tárolni, amikor összenyomott helyzetben van.

Ez az energia felszabadul, amikor a rugó megnyúlik, és ezáltal a nyilak elmozdulnak. Így a rugó rugalmas energiáját a mozgó nyíl mozgási energiává alakítja

6. Márvány játék

A golyókkal való játék során az ujjak mechanikai energiája átkerül a golyókra. Ennek következtében a márvány elmozdul és bizonyos távolságot megtesz, mielőtt megáll.

Példa az energiatakarékosság törvényére

1. Yuyun 2 méter magasból ledobott egy motorkulcsot, így a mozgó kulcs szabadon esett a ház alá. Ha a gravitáció miatti gyorsulás ezen a helyen 10 m / s2, akkor a kiindulási helyzettől 0,5 méterre való elmozdulás után a kulcssebesség

Magyarázat

h₁ = 2 m, v₁ = 0, g = 10 m / s2, h = 0,5 m, h₂ = 2 - 0, 5 = 1,5 m

v₂ = ?

A mechanikai energia megmaradásának törvénye alapján

Em₁ = Em₂

Ep₁ + Tölgy₁ = Ep₂ + Tölgy₂

m.g.h₁ + ½ m.v₁2 = m.g.h₂ + ½m.v₂2

m. 10 (2) + 0 = m. 10 (1,5) + ½m.v₂2

20 m = 15 m + ½m.v₂2

20 = 15 + ½ v₂2

20 - 15 = ½ v₂2

5 = ½ v₂2

10 = v₂2

v₂ = √10 m / s

2. Egy csúszda csúszik a csúszós, ferde sík tetejéről, hogy megérkezzen a ferde sík aljához. Ha a ferde sík teteje 32 méter magasan van a padló felülete felett, akkor a blokk sebessége, amikor megérkezik a sík aljára,

Magyarázat

h₁ = 32 m, v₁ = 0, h₂ = 0, g = 10 m / s2

v₂ = ?

A mechanikai energia megmaradásának törvénye szerint

Em₁ = Em₂

Ep₁ + Tölgy₁ = Ep₂ + Tölgy₂

m.g.h₁ + ½ m.v₁2 = m.g.h₂ + ½m.v₂2

m. 10 (32) + 0 = 0 + ½m.v₂2

320 m = ½m.v₂2

320 = ½ v₂2

640 = v₂2

v₂ = √640 m / s = 8 √10 m / s

3. Az 1 kg tömegű követ függőlegesen felfelé dobják. Ha a magassága 10 méterre van a talajtól, annak sebessége 2 m / s. Mekkora a mangó mechanikus energiája? Ha g = 10 m / s2

Magyarázat

m = 1 kg, h = 10 m, v = 2 m / s, g = 10 m / s2

A mechanikai energia megmaradásának törvénye szerint

E_M = E_P + E_K

E_M = m g h + ½ m v2

E_M = 1 . 10 . 10 + ½ . 1 . 22

E_M = 100 + 2

E_M = 102 joule

Ez az energiatakarékosság törvényének, problémáinak és alkalmazásainak leírása a mindennapi életben. Remélhetőleg hasznos.