势能与动能

能量

能量是作的能力。

能量的单位是 J(焦耳),即是 千克米2/秒2

能量可以用很多不同的形式存在!这里我们学习势能(PE,英语 Potential Energy)和动能(KE,英语 Kinetic Energy)。

势能(也称位能)与动能

榔头

 

榔头:

势能(PE)是因所在的位置或状态不同而具有的能量

弓与箭

动能(KE)是运动的能量

移动中的车
走动的车有很多动能

势能转变成动能

跳伞运动员
这些跳伞运动员有势能,因为他们在高空。
跳出飞机后,这势能在他们加速下落时
被转化为动能(和热量)。

引力势能

从物体位置高低而来的势能是:

引力势能 = m g h

其中:

榔头

例子:这个 2千克重的榔头被举到 0.4米高。它的势能(PE)是多少?

势能 = m g h

势能 = 2千克 × 9.8 米每秒2 × 0.4米

势能 = 7.84千克米2/秒2 = 7.84焦耳

动能

动能的公式是:

动能 = ½ m v2

其中

移动的车

例子:1500千克重的汽车以 14米每秒的速度(大约 50千米每小时或 30英里每小时)行驶,它的动能(KE)是多少?

动能 = ½ m v2

动能 = ½ × 1500 kg × (14米每秒)2

动能 = 147,000千克米2/秒2

动能 = 14千焦耳

加速一倍!

移动的车

例子:汽车现在以 28米每秒(大约 100千米每小时或 60英里每小时)行驶,那么动能是多少?

动能 = ½ m v2

动能 = ½ × 1500千克 × (28米每秒)2

动能 = 588,000千克米2/秒2

动能 = 588千焦耳

厉害!大了很多!车开得快很危险。

把速度加倍,动能就大了倍被。(非常重要)!

月球

1千克重的陨石以 11千米每秒的速度撞击到月球上。这动能是多少?

动能 = ½ m v2

动能 = ½ × 1千克 × (11,000米每秒)2

动能 = 60,500,000焦耳

动能 = 60.5兆焦耳

这比上面高速的汽车要大 100倍。

势能转变成动能

下落时,物体的引力势能转变成动能(及热量,因为有空气阻力)。

掉下一些东西!

苹果 1米

例子:0.1千克重的苹果从 1米高掉下,它落地是的速度是多少?

1米高的势能是

势能 = m g h

势能 = 0.1千克 × 9.8米每秒2 × 1米

势能 = 0.98千克米2/秒2

不理空气阻力(只下跌 1米,空气阻力影响很小),势能转变成动能:

动能 = ½ m v2

换边,重排:

½ m v2 = 动能

v2 = 2 × 动能 / m

v = √( 2 × KE / m )

把势能的值代入动能来得到:

v = √(2 × 0.98千克米2/秒2 / 0.1千克)

v = √( 19.6米2/秒2 )

v = 4.427……米每秒

注意:我们可以把公式结合成:

从动能求速度:   v = √( 2 × 动能 / m )
代入势能:   v = √( 2 × mgh / m )
约去 m/m:   v = √( 2gh )

质量没有影响!速度只取决于高度和引力。用这个公式来解上面的例子:

v = √( 2gh )

v = √( 2 × 9.8米每秒2 × 1米 )

v = 4.427……米每秒

总括