Кинетическая энергия измеряется: 404 – Страница не найдена

alexxlab | 12.10.1998 | 0 | Разное

Содержание

Максимальная кинетическая энергия груза: формула

Кинетическая энергия

Определение 1

Кинетическая энергия – внутренняя энергия движущегося тела, обусловленная его инертностью (массой) и скоростью. Она равна энергии, которую нужно затратить, чтобы снизить скорость этого тела до нуля.

Например, движущийся автомобиль невозможно остановить мгновенно. Для остановки необходимо затратить энергию трения тормозных колодок о тормозные диски колес и шин об асфальт.

Замечание 1

Кинетическая и потенциальная энергия измеряются в джоулях ($1 Дж = Н \cdot м$).

В некоторых физических системах происходят циклические преобразования потенциальной (запасенной) энергии в кинетическую и обратно. Такие системы называются маятниками. Например, для груза, подвешенного на нити, потенциальная энергия максимальна, когда он отклонен на максимальный угол от вертикали. Мгновенная скорость груза в этот момент равна нулю и, следовательно, нулю равна и кинетическая энергия. По мере движения вниз под действием силы тяжести, скорость груза нарастает и достигает максимума в нижней точке, после чего снова начинает запасаться по мере движения вверх.

Проще всего изучать переход кинетической и потенциальной энергий друг в друга на примере пружинного маятника, где действует, если пренебречь силой трения, лишь сила упругости. Когда пружину сжимают, энергия запасается. Когда отпускают – потенциальная энергия, сохраненная в кристаллической решетке материала, высвобождается и превращается в кинетическую, разгоняя груз. Когда скорость груза достигает максимума, он продолжает движение по инерции, растягивая пружину в противоположном направлении, вновь запасая энергию и снижая скорость. Характеристики такого колебательного движения зависят только от материала пружины, толщины проволоки, из которой она намотана, диаметра и количества витков. Все эти факторы описываются единым параметром – коэффициентом упругости.

Максимальная кинетическая энергия груза

Для простого пружинного маятника полную энергию груза в любой момент времени можно выразить как

$E = E_p + E_k = \frac{m \cdot v^2}{2} + \frac{k \cdot x^2}{2}$, где:

  • $E_p$ – потенциальная энергия,
  • $E_k$ – кинетическая энергия,
  • $m$ – масса,
  • $v$ – моментальная скорость,
  • $k$ – коэффициент упругости,
  • $x$ – приращение длины пружины в данный момент.2}{2} \implies x_{max} = \sqrt{\frac{2 \cdot 0,25}{2000}} \approx 0,016 м$.

    Ответ: $\approx 1,6 мм$.

    Единицы измерения расстояний, энергий и масс

    Атомные ядра и составляющие их частицы очень маленькие, поэтому измерять их в метрах или сантиметрах неудобно. Физики измеряют их в фемтометрах (фм). 1 фм = 10–15 м, или одна квадриллионная доля метра. Это в миллион раз меньше нанометра (типичный размер молекул). Размер протона или нейтрона как раз примерно 1 фм. Существуют тяжелые частицы, размер которых еще меньше.

    Энергии в мире элементарных частиц тоже слишком малы, чтоб измерять их в Джоулях. Вместо этого используют единицу энергии электронвольт (эВ). 1 эВ, по определению, это энергия, которую приобретет электрон в электрическом поле при прохождении разности потенциалов в 1 Вольт. 1 эВ примерно равен 1,6·10–19 Дж. Электронвольт удобен для описания атомных и оптических процессов. Например, молекулы газа при комнатной температуре имеют кинетическую энергию примерно 1/40 электронвольта. Кванты света, фотоны, в оптическом диапазоне имеют энергию около 1 эВ.

    Явления, происходящие внутри ядер и внутри элементарных частиц, сопровождаются гораздо большими изменениями энергии. Здесь уже используются мегаэлектронвольты (МэВ), гигаэлектронвольты (ГэВ) и даже тераэлектронвольты (ТэВ). Например, протоны и нейтроны движутся внутри ядер с кинетической энергией в несколько десятков МэВ. Энергия протон-протонных или электрон-протонных столкновений, при которых становится заметна внутренняя структура протона, составляет несколько ГэВ. Для того, чтобы родить самые тяжелые из известных на сегодня частиц — топ-кварки, — требуется сталкивать протоны с энергией около 1 ТэВ.

    Между шкалой расстояний и шкалой энергии можно установить соответствие. Для этого можно взять фотон с длиной волны L и вычислить его энергию: E = c·h/L. Здесь c — скорость света, а h — постоянная Планка, фундаментальная квантовая константа, равная примерно 6,62·10–34 Дж·сек. Это соотношение можно использовать не только для фотона, но и более широко, при оценке энергии, необходимой для изучения материи на масштабе L. В «микроскопических» единицах измерения 1 ГэВ отвечает размеру примерно 1,2 фм.

    Согласно знаменитой формуле Эйнштейна E0 = mc2, масса и энергия покоя тесно взаимосвязаны. В мире элементарных частиц эта связь проявляется самым непосредственным образом: при столкновении частиц с достаточной энергией могут рождаться новые тяжелые частицы, а при распаде покоящейся тяжелой частицы разница масс переходит в кинетическую энергию получившихся частиц.

    По этой причине массы частиц тоже принято выражать в электронвольтах (а точнее, в электронвольтах, деленных на скорость света в квадрате). 1 эВ соответствует массе всего в 1,78·10–36 кг. Электрон в этих единицах весит 0,511 МэВ, а протон 0,938 ГэВ. Открыто множество и более тяжелых частиц; рекордсменом пока является топ-кварк с массой около 170 ГэВ. Самые легкие из известных частиц с ненулевой массой — нейтрино — весят всего несколько десятков мэВ (миллиэлектронвольт).

    Далее: Краткая история развития ускорителей

    Кинетическая энергия | Физика

    Из первых параграфов этой главы следует, что если суммарная работа сил, действующих на тело, положительна, то скорость тела относительно инерциальной системы отсчета увеличивается. Напротив, если эта работа отрицательна, то скорость тела уменьшается. Таким образом, изменение скорости движения тела и работа, совершенная над этим телом, связаны. Найдем эту связь.

    Пусть на гладкой горизонтальной плоскости в точке с координатой x

    0 = 0 (рис. 124) покоится брусок массой m, к которому прикреплена нить. В момент времени t = 0 эту нить начинают тянуть с постоянной силой в положительном направлении оси X инерциальной системы отсчета. В результате со стороны нити на брусок будет действовать сила упругости нити F. Согласно второму закону Ньютона брусок начнет двигаться равноускоренно в положительном направлении оси X. Поскольку начальные координата и скорость бруска были равны нулю, изменение координаты бруска за время t будет равно

    Δx = x – x0 = (a · t2) / 2.

    Сила F к этому моменту времени совершит положительную работу

    A = F · Δx = (m · a) · (a · t2)/2 = (m(a · t)2)/2 = (m · v2)/2.

    Записывая последнее равенство, мы воспользовались известным из кинематики соотношением v = a · t (закон изменения скорости при равноускоренном движении), справедливым в рассматриваемом случае.

    Подведем первый итог. Мы знаем, что действие на точечное тело нескольких сил неотличимо от действия одной силы, которая равна их сумме. Таким образом, если тело первоначально покоилось, то работа A суммы всех действующих на тело сил равна половине произведения массы тела на квадрат его конечной скорости.

    Физическую величину (m · v2) / 2 называют кинетической энергией точечного тела массой m, движущегося в инерциальной системе отсчета со скоростью v.

    Название «кинетическая» происходит от греческого слова «кинетис» – «движение».

    Кинетическая энергия тела определяется скоростью его движения и массой. Она равна работе, которую надо совершить над телом для его разгона из состояния покоя до скорости с в инерциальной системе отсчета.

    Чем большая работа совершена над телом при его разгоне, тем большей будет его кинетическая энергия.

    Из выражения для кинетической энергии видно, что чем больше масса тела, тем большую работу надо совершить, чтобы разогнать его из состояния покоя до заданной скорости в выбранной ИСО.

    Кинетическая энергия, как и работа, в СИ измеряется в джоулях.

    Будем обозначать кинетическую энергию тела буквой K.

    Кинетическая энергия точечного тела массой m равна K = (m · v2) / 2 в той инерциальной системе отсчета, относительно которой это тело движется со скоростью v.

    Вернемся к рассмотренному примеру с бруском. Начальная скорость бруска равнялась нулю. Следовательно, его начальная кинетическая энергия K0 = (m · v02) / 2 = 0. При этом конечная кинетическая энергия бруска после приобретения им скорости v в результате совершения над телом механической работы равна Kк = (m · v2) / 2. Поэтому 0 + A = (m · v2) / 2.

    Таким образом, если к начальной нулевой кинетической энергии тела K0 прибавить совершенную над телом суммарную работу A всех действовавших на него сил, то получится конечная кинетическая энергия K этого тела (рис. 125):

    K0 + A = Kк.

    Можно показать, что это соотношение будет выполняться и в том случае, если начальная кинетическая энергия тела отлична от нуля. Например, при свободном падении тела вниз сила тяжести совершает над ним положительную работу. Скорость тела растет. Растет и его кинетическая энергия.

    Если работа, совершаемая над телом, будет отрицательной, то кинетическая энергия тела будет уменьшаться, т. е. тело будет тормозиться. (Это будет продолжаться до тех пор, пока тело не остановится.) Например, при подъеме тела сила тяжести совершает отрицательную работу и тормозит его. Поэтому кинетическая энергия поднимающегося тела будет уменьшаться до тех пор, пока тело не достигнет верхней точки подъема.

    В случае если отрицательная работа, совершенная над телом, по модулю будет равна его начальной кинетической энергии, то конечная кинетическая энергия тела станет равна нулю, т. е. тело остановится (полностью затормозится). При этом само тело совершит над тормозящим его движение объектом положительную работу.

    Эта ситуация показана на рис. 126: движущийся грузовик сталкивается с остановившимся перед светофором легковым автомобилем. В результате удара легковой автомобиль начинает двигаться со скоростью vл.

    Тело массой m, движущееся со скоростью v в ИСО, за счет уменьшения скорости до нуля может совершить над другими телами положительную работу, равную его кинетической энергии (m · v2) / 2.

    Таким образом, кинетическая энергия тела массой m, во-первых, равна работе, которую нужно было совершить над этим первоначально покоившимся в ИСО точечным телом, чтобы оно стало двигаться со скоростью v. Кинетическая энергия тела, во-вторых, равна работе, которую это тело может совершить в ИСО над другими телами за счет уменьшения своей скорости до нуля.

    При определении кинетической энергии тела необходимо всегда помнить следующее. Вы знаете, что скорость тела определяется тем, в какой системе отсчета рассматривается движение этого тела. Поэтому кинетическая энергия данного тела будет зависеть от того, в какой инерциальной системе мы ее вычисляем. Значит, говоря, что кинетическая энергия тела имеет такое-то значение, необходимо указывать, в какой инерциальной системе отсчета она вычислялась. Наконец, отметим, что полученные выражения справедливы только в инерциальных системах отсчета, так как при их выводе мы пользовались вторым законом Ньютона.

    Получим выражение для расчета кинетической энергии системы тел. Для этого рассмотрим простейший случай. Пусть наша система состоит из двух тел. Если первое тело массой m1 движется со скоростью v2, а второе тело массой m2 – со скоростью v2 в той же ИСО, то эти тела обладают кинетическими энергиями K1 = (m1 · v12) / 2 и K2 = (m

    2 · v22) / 2. При полном торможении эти тела совершат над затормозившими их объектами суммарную работу A = K1 + K2. Поэтому кинетическая энергия системы тел равна сумме кинетических энергий этих тел. Отметим, что при увеличении кинетической энергии системы тел действующие на эти тела объекты совершают положительную работу, равную изменению кинетической энергии системы тел.

    Итоги

    Кинетической энергией точечного тела массой m, движущегося в инерциальной системе отсчета со скоростью v, называют физическую величину

    K = (m · v2) / 2.

    Кинетическая энергия тела определяется скоростью его движения и массой. Она равна работе, которую надо совершить над телом для его разгона из состояния покоя в инерциальной системе отсчета до скорости v.

    Если над телом, имеющим в данной ИСО кинетическую энергию K0, совершена работа A, то конечная кинетическая энергия тела K

    к = K0 + A.

    При A > 0 кинетическая энергия тела увеличивается (тело разгоняется), при A = 0 она остается неизменной (тело движется с постоянной скоростью), при A

    Тело массой m, движущееся со скоростью v в ИСО, за счет уменьшения своей скорости до нуля может совершить положительную работу, равную его кинетической энергии (m · v2) / 2.

    Кинетическая энергия данного тела зависит от того, в какой инерциальной системе ее вычисляют.

    Кинетическая энергия системы тел равна сумме кинетических, энергий этих тел.

    Вопросы

    1. Сформулируйте определение кинетической энергии. Может ли кинетическая энергия быть отрицательной? Ответ обоснуйте.
    2. Какое название носит единица кинетической энергии в СИ?
    3. Какую работу надо совершить над телом массой m, чтобы из состояния покоя разогнать его до скорости v?
    4. Как изменяется кинетическая энергия тела, если работа суммы всех действующих на него сил положительна, отрицательна, равна нулю?
    5. Какую работу может совершить движущееся в ИСО со скоростью v тело массой m за счет уменьшения своей скорости до нуля?
    6. Известно, что парашютист через некоторое время после раскрытия парашюта движется вниз с постоянной скоростью. Сформулируйте гипотезу о соотношении при таком движении работы силы тяжести и работы силы сопротивления воздуха, совершаемых над системой тел «парашют – парашютист». Докажите эту гипотезу.

    Упражнения

    1. Определите работу, которую надо совершить над телом массой m = 3 кг, чтобы из состояния покоя разогнать его до скорости v = 2 м/с в ИСО.
    2. Определите работу, которую надо совершить над телом массой m = 10 кг, движущимся относительно Земли со скоростью, модуль которой равен 20 м/с, чтобы полностью затормозить его.
    3. Чему равна кинетическая энергия стоящего на дороге автомобиля массой m = 1 т в системе отсчета, связанной: а) с дорогой; б) с автобусом, едущим по дороге со скоростью 20 м/с?
    4. Вычислите кинетическую энергию свободно падающего с высоты h = 80 м камня массой m = 5 кг в момент его удара о Землю. Найдите скорость камня в этот момент времени.
    5. Определите начальную кинетическую энергию грузового автомобиля, который под действием постоянной силы трения проходит до полной остановки тормозной путь 40 м. Модуль силы трения равен 25 кН. Найдите начальную скорость автомобиля, если его масса равна m = 5 т.
    6. Вычислите скорость пули массой m = 10 г, вылетающей из ствола снайперской винтовки длиной L = 1 м под действием постоянной силы со стороны пороховых газов, если ее модуль равен 5 кН. Винтовку во время выстрела удерживали неподвижной.
    7. Определите (через изменение кинетической энергии) работу силы тяжести при свободном падении камня массой m = 2 кг за промежуток времени, в течение которого его скорость изменялась от v0 = 0 до vк = 30 м/с.
    8. Кинетическая энергия системы из двух тел первоначально была равна K0 =100 Дж в системе отсчета, связанной с Землей. Над телами этой системы совершили отрицательную работу A = -80 Дж. В результате первое тело этой системы массой m1 = 20 кг остановилось. С какой по модулю скоростью относительно Земли будет двигаться второе тело массой m2 = 10 кг после совершения указанной работы?

    Глава 26. Элементы квантовой физики и специальной теории относительности. Атомная и ядерная физика

    В программу ЕГЭ по физике входит достаточно большой круг вопросов по атомной и ядерной физике, фотоэлектрическому эффекту, основам специальной теории относительности. Тем не менее, эти вопросы касаются, в основном, только фактического материала, не требуют его глубокого осмысления и поэтому их достаточно легко выучить. Кратко рассмотрим этот материал.

    Фотоэлектрическим эффектом (или просто фотоэффектом) называют явление испускания электронов поверхностью металла под действием света. Экспериментально было установлено, что максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов пропорциональна частоте и не зависит от интенсивности излучения. При частоте света, меньшей некоторого значения (которое называется красной границей фотоэффекта и является характеристикой каждого металла), фотоэффект прекращается. От интенсивности излучения зависит число электронов, испускаемых поверхностью металла в единицу времени, но не их энергия.

    Впервые фотоэффект изучали с помощью вакуумного фотоэлемента или вакуумного фотодиода, который представляет собой стеклянный баллон с откачанным из него воздухом и впаянными электродами. Фотодиод включается в электрическую цепь, как показано на рисунке. Естественно, в цепи нет электрического тока, поскольку в баллоне нет свободных носителей электрического заряда. Однако когда электрод, соединенный с отрицательным полюсом источника (катод) освещается светом, в цепи возникает электрический ток, что свидетельствует о появлении между катодом и анодом свободных зарядов. По величине тока в цепи (фототока) можно сделать вывод о количестве вырванных с поверхности катода зарядов. Если же поменять полярность источника, то приложенное напряжение будет тормозить фотоэлектроны. Напряжение, при котором фототок в цепи прекращается, называется задерживающим (или запирающим). Очевидно, что фототок в цепи полностью прекращается, когда максимальная кинетическая энергия электронов становится меньше модуля работы электрического поля, совершаемой над электронами между катодом и анодом

    (26.1)

    где — масса электрона, — элементарный заряд, — задерживающее напряжение. Таким образом, измеряя задерживающее напряжение, можно измерить максимальную кинетическую энергию электронов.

    Для объяснения фотоэффекта А. Эйнштейн предположил, что свет представляет собой поток частиц — фотонов, движущихся со скоростью света. Каждый из них обладает энергией, зависящей от частоты (или длины волны) света

    (26.2)

    и импульсом

    (26.3)

    Фотон, как и любая частица, может поглощаться или излучаться только как единое целое. В формулах (26.2)-(26.3) Дж • с — постоянная, которая называется постоянной Планка, — скорость света в вакууме, — частота света, — длина волны. Поглощая один фотон, свободный электрон в металле увеличивает свою энергию на величину (26.2) и может вылететь с поверхности металла, если его новая энергия достаточна для этого, т.е. превосходит работу , которую необходимо совершить, чтобы покинуть металл. Эта работа называется работой выхода электрона из металла и является характеристикой каждого металла. В результате закон сохранения энергии дает для кинетической энергии вылетевшего электрона

    (26.4)

    В формуле (26.4) пренебрегается начальной энергией электрона. Кроме того, возможны дополнительные потери энергии, связанные со столкновениями с другими электронами, поэтому формула (26.4) определяет максимальную кинетическую энергию электронов. Формула (26.4) называется уравнением Эйнштейна для фотоэффекта. Из уравнения Эйнштейна (26.4) следует, что энергия фотоэлектронов зависит от частоты света, но не зависит от его интенсивности, которая определяется количеством фотонов в световом потоке. От интенсивности света зависит количество фотоэлектронов, поскольку, чем больше фотонов падает на металл, тем большее количество электронов покидает поверхность металла. Из уравнения (26.4) также следует, что при частоте света , где

    (26.5)

    (или при длине волны , где ) фотоэффект не имеет место. Поскольку для большинства металлов эта частота лежит в области красного света, ее назвали красной границей фотоэффекта.

    Рассмотрим теперь вопросы, связанные со строением атома. Атомы состоят из частиц трех типов: протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны имеют близкие массы, и входят в состав атомного ядра — очень маленького образования, расположенного внутриатома1. Протоны имеют положительный заряд, нейтроны не заряжены. Поэтому и атомное ядро заряжено положительным электрическим зарядом. Электроны — отрицательно заряженные элементарные частицы — движутся по определенным орбитам вокруг атомного ядра. Количество электронов в атоме равно количеству протонов, а поскольку заряды этих частиц равны по величине, то атомы в целом не заряжены. Поскольку масса протона и нейтрона примерно в 2000 раз больше массы электрона, то практически вся масса атома сосредоточена в атомном ядре.

    Атомы обозначаются следующим образом. Во-первых, указывается химический символ элемента, например, (водород), (гелий), (кислород), (железо), (свинец) и т.д. Во-вторых, перед символом элемента в виде нижнего индекса указывают количество электронов (или протонов) в данном атоме. Например, , , , , и т.д. Поскольку количество электронов в атоме (или количество протонов) полностью определяет его химические свойства, атомы, имеющие разное количество электронов (и протонов) — это атомы разных химических элементов. Поэтому нижний индекс и символ химического элемента однозначно связаны друг с другом. Слева вверху от символа химического элемента указывается суммарное число протонов (или электронов) и нейтронов в ядре этого атома. Например, символ

    обозначает атом урана, содержащий 92 электрона и 238 протонов и нейтронов в ядре, из которых 92 протона и 146 = 238 – 92 нейтронов. Существуют атомы, которые имеют одинаковое количество протонов и электронов, но разное количество нейтронов. Такие атомы имеют близкие химические свойства и потому относятся к одному и тому же химическому элементу. Они называются изотопами. Например, изотопами являются атомы свинца , , , , в состав которых входят соответственно 124, 125, 126 и 127 нейтронов.

    Электроны в атоме могут совершать переходы с одних орбит на другие с излучением или поглощением фотона. Такое излучение имеет место, в частности, при нагревании парóв любого химического элемента до высокой температуры. При переходе электрона из состояния с энергией в состояние с меньшей энергией , электрон излучает фотон с частотой , которая определяется соотношением

    (26.6)

    где — постоянная Планка. Для перехода на орбиту с большей энергией электрон должен поглотить фотон с энергией, равной разности энергий конечной и начальной орбит. А поскольку в каждом атоме существует только небольшое количество электронных орбит с определенными энергиями, атом каждого вещества излучает свет с небольшим числом разных частот, что означает, что спектр излучения атомов является линейчатым1. На индивидуальности спектров каждого элемента основан метод определения химического состава вещества, который называется спектральный анализ

    Некоторые атомы могут самопроизвольно испускать определенные частицы (в результате чего атомы одних элементов превращаются в атомы других). Такое явление называется радиоактивностью. Существует несколько видов радиоактивности, которые получили название -, – и -радиоактивности. Альфа-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия, состоящих их двух протонов и двух нейтронов. Альфа-частицы формируются внутри ядра распадающегося атома из его «собственных» протонов и нейтронов, а затем вылетают из ядра. После этого атом теряет два внешних электрона и становится электрически нейтральным атомом элемента, у которого меньше на два нейтрона и два протона. Этот процесс можно схематически записать в виде уравнения, которое называется уравнением ядерной реакции:

    (26.7)

    Здесь и — химические символы распадающегося и образовавшегося элементов (например, при -распаде уран превращается в торий ), и — число нейтронов и протонов в распадающемся атоме, — символ -частицы.

    При -распаде атом излучает электрон, причем электрон вылетает из атомного ядра. А поскольку «собственных» электронов в ядре нет, то в процессе -распада происходит превращение одного из нейтронов ядра в протон и электрон, протон остается в ядре, а электрон улетает. Этот процесс можно записать в виде уравнения

    (26.8)

    Обратим внимание читателя на то, что в процессе -распада суммарное число нейтронов и протонов не изменяется. На самом деле в процессе -распада образуется еще одна частица — антинейтрино, которая имеет очень маленькую или вообще нулевую (это пока неизвестно) массу. Эта частица очень слабо взаимодействует с веществом и потому долгое время ее не могли обнаружить экспериментально.

    При -распаде атомное ядро излучает кванты электромагнитного излучения (-частицы или -кванты), т.е. частицы той же физической природы, что и фотоны. Однако -частицы имеют очень большую частоту (и малую длину волны) по сравнению с фотонами видимого света и даже рентгеновским излучением (частота -лучей порядка 1020 Гц). Из-за очень малой длины волны -излучение практически не проявляет волновых свойств, а ведет себя как поток частиц. Поскольку при -распаде из атома не вылетают электроны, протоны или нейтроны, атом остается структурно тем же самым, но с меньшей энергией, поскольку часть энергии уносит -квант.

    При радиоактивных распадах зависимость количества распадающихся атомов от времени подчиняется следующему закону: количество атомов данного радиоактивного вещества уменьшается в два раза за некоторое фиксированное время независимо от их первоначального количества. Это время называется периодом (или временем) полураспада данного вещества. Например, если в некоторый момент времени имеется 1000 атомов радиоактивного вещества с периодом полураспада 1 год, то через год останется 500 атомов. А если бы в начальный момент имелось 10000 атомов этого вещества, то через год их осталось бы 5000. Такая зависимость количества распавшихся атомов от времени свидетельствует о том, что, во-первых, распад каждого атома происходит независимо от других, а во-вторых, имеет вероятностный характер. Поэтому приведенный выше закон распада выполняется приближенно, причем тем точнее, чем большее количество атомов вещества распадется.

    Последней темой, которая рассматривается в школьном курсе физики, является специальная теория относительности. Надо сказать, что это рассмотрение является весьма поверхностным, и потому в программу ЕГЭ по физике входит очень небольшое количество вопросов по данной теме. Мы нашли в опубликованных вариантах раздела «А» ЕГЭ прошлых лет всего три вопроса, которые с минимальными вариациями повторяются из года в год. Можно утверждать со значительной вероятностью, что именно эти вопросы будут повторяться и в будущем. Итак, дадим краткий обзор необходимого минимума сведений по теории относительности, входящих в школьный курс физики.

    Специальная теорияотносительности1 рассматривает вопросы, связанные с механикой и электродинамикой тел, движущихся со скоростями, близкими к скорости света в вакууме. Оказалось, что физические законы, управляющие поведением таких тел, значительно отличаются от законов физики Ньютона, которую в этом контексте принято называть классической. Экспериментальной основой теории относительности является опыт Майкельсона, который с помощью прямых измерений доказал, что скорость света в вакууме не зависит от скорости наблюдателя или источника. Этот факт Эйнштейн взял в качестве одного изпостулатов2 своей теории. Второй постулат называется принципом относительности и говорит о том, что все уравнения и законы физики имеют один и тот же вид во всех инерциальных системах отсчета, и, следовательно, все физические явления протекают во всех инерциальных системах отсчета одинаково (аналогичное утверждение, касающееся только механических явлений, называется принципом относительности Галилея). Опираясь только на эти два постулата, Эйнштейн доказал целый ряд удивительных утверждений. Оказалось, в частности, что интервалы времени и длины отрезков зависят от системы отсчета, т.е. являются, как говорят, относительными величинами. Кроме того, для тел, движущихся с большими скоростями, изменяются ряд физических законов (в частности, законы Ньютона), выражения для некоторых физических величин (энергии, импульса и др.). Эйнштейн получил и новый закон сложения скоростей, который при малых скоростях переходит в «обычный» закон сложения скоростей Галилея, а при больших скоростях тел приводит к постоянству скорости света во всех инерциальных системах отсчета.

    Рассмотрим теперь приведенные в первой части книги задачи.

    Как это описывалось во введении к настоящей главе, максимальная кинетическая энергия фотоэлектронов зависит только от частоты падающего света, но не зависит от интенсивности излучения (задача 26.1.1 — ответ 1).

     

    От интенсивности излучения зависит количество фотоэлектронов. Поэтому если уменьшить интенсивность света без изменения его частоты (задача 26.1.2), то уменьшится количество фотоэлектронов, но никак не изменится их максимальная скорость.

    Электрон, поглощая фотон с энергий 1,5 эВ (задача 26.1.3), приобретает именно такую энергию и не сможет покинуть металл, если работа выхода электрона из металла составляет 2 эВ. Поэтому при данных условиях фотоэффект идти не будет (ответ 3).

    Согласно формуле (26.5) работа выхода электрона из данного металла равна энергии фотона, отвечающего красной границе фотоэффекта для данного металла. Поэтому правильный ответ в задаче 26.1.43.

    Максимальную энергию фотоэлектронов , которую они приобретают при освещении цезия фотонами с энергией 2,1 эВ (задача 26.1.5) найдем по уравнению Эйнштейна для фотоэффекта (26.4): эВ. Отсюда следует, что для увеличения энергии фотоэлектронов вдвое (до величины 0,4 эВ) нужно увеличить энергию фотонов до 2,3 эВ, т.е. на 0,2 эВ (ответ 2).

    Из уравнения Эйнштейна следует, что максимальная кинетическая энергия электронов в задаче 26.1.6 равна 1 эВ. Величину задерживающего напряжения можно найти по формуле (26.1). Вычислительно это процедура является очень простой, если для измерения энергии электрона используется внесистемная единица «электрон-вольт» (эВ). По определению 1 электрон-вольт — это кинетическая энергия, которую приобретает электрон, пройдя ускоряющее напряжение 1 Вольт (В). И наоборот, электроны с кинетической энергией 1 эВ будут остановлены задерживающим напряжением 1 В и фотоэффект полностью прекратится. Таким образом, правильный ответ в этой задаче — 3.

    Согласно правилам обозначения атомов нижний индекс указывает число протонов в ядре и электронов на орбитах. Поэтому число электронов в атоме (задача 26.1.7) равно 26 (ответ 2).

    Импульс фотона связан с его энергией формулой (26.3) (задача 26.1.8 — ответ 1).

    Электрон в атоме излучает фотон, совершая переход и состояния с большей энергией в состояние с меньшей энергией. При этом по закону сохранения энергии разность начальной и конечной энергий электрона уносится фотоном. Используя формулу, связывающую энергию и частоту фотона (26.2), находим (задача 26.1.9):

    (26.8)

    (ответ 1).

    Как указывалось во введении к настоящей главе, спектры излучения парóв химических элементов являются линейчатыми, причем характер расположения линий излучения в спектре уникален для каждого элемента. Поэтому если в образце имеется какой-то элемент, в спектре излучения парóв этого образца будут обязательно представлены спектральные линии, характерные для этого элемента. Спектр излучения неизвестного образца в задаче 26.1.10 содержит все линии спектра стронция, не содержит ни одной линии спектра кальция и содержит ряд дополнительных линий. Это значит, что неизвестный образец содержит стронций и не содержит кальция (ответ 4). Кроме того, этот образец содержит еще какой-то элемент, который и дает лишние (по сравнению с линиями стронция) линии в спектре.

    Атомное ядро состоит из протонов и нейтронов (задача 26.2.1 — ответ 2).

    Согласно правилам обозначения атомов нижний индекс у символа химического элемента представляет число протонов, верхний — сумму числа протонов и нейтронов. Поэтому в ядре (задача 26.2.2) содержится 30 = 56 − 26 нейтронов (ответ 2).

    Из уравнения (26.7) для -распада находим, что при -распаде ядра радона (задача 26.2.3) образуется ядро полония (ответ 4).

    Из уравнения (26.8) для -распада находим, что при -распаде ядра тория (задача 26.2.4) образуется ядро протактиния (ответ 3).

    При поглощении нейтрона (задача 26.2.5) число нейтронов в ядре увеличивается на единицу, число протонов не изменяется. Поэтому получится ядро свинца (ответ 1).

    При двух -распадах тория (задача 26.2.6) два нейтрона в ядре превращаются в два протона. Поэтому получается ядро урана . При его -распаде число нейтронов и число протонов уменьшаются на две единицы каждое. В результате образуется ядро тория, но с другим по сравнению с начальным ядром количеством нейтронов (ответ 2).

    За время, равное одному периоду полураспада (задача 26.2.7), количество атомов распадающегося вещества уменьшится вдвое и станет равным . Еще за один период полураспада вдвое уменьшится и это количество атомов, поэтому останется атомов вещества. А за еще один период полураспада (т.е. за время после начала наблюдения) вдвое уменьшится и это количество. Поэтому через время после начала наблюдения останется атомов вещества (ответ 3).

    Постулатами теории относительности являются (см. введение к настоящей главе): утверждение о постоянстве скорости света во всех инерциальных системах отсчета и равноправность всех инерциальных систем для описания любых физических явлений (принцип относительности). Поэтому правильный ответ в задаче 26.2.82.

    Скорость света во всех инерциальных системах одинакова. Поэтому скорость фотонов, излученных фарами первого автомобиля в системе отсчета, связанной со вторым автомобилем (задача 26.2.9), равна = 3 • 108 м/с (ответ 3).

    Как отмечалось во введении к настоящей главе, интервалы времени между событиями и длины отрезков меняются при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой. Как и в классической физике при переходе к другим системам отсчета меняются импульсы тел. Поэтому из перечисленных в задаче 26.2.10 величин не меняется только скорость света (ответ 4).

    Кинетическая энергия | Физика

    Энергия – одно из наиболее важных и сложных понятий. Причем не только в физике, но и в других науках. А что же такое кинетическая энергия?

    Рассмотрим два примера. Шайба, попадая в сетку ворот, прогибает ее. Молот для забивания свай, падая на сваю, загоняет ее в землю на некоторую глубину. Чтобы сильнее прогнуть сетку или глубже забить сваю, шайба и молот должны иметь бо́льшую скорость. И шайба, и молот совершили работу. При этом скорость их движения изменилась (уменьшилась до нуля). Совершенные ими работы были разными, даже если предположить, что скорости движения были одинаковыми. Но массы молота и шайбы не равны.

    Если тело способно совершить работу, то оно обладает энергией. В физике энергию движущегося тела называют кинетической (от греч.{2}}{2}.\]

    Обратите внимание!

    Увеличение скорости движения тела, например в 4 раза, приводит к возрастанию кинетической энергии в 16 раз. Об этом должны всегда помнить водители и пешеходы.

    Главные выводы:

    1. Кинетическая энергия выражает способность движущихся тел совершать работу.
    2. Кинетическая энергия, как и работа, измеряется в джоулях.
    3. Кинетическая энергия тела зависит от его массы и скорости.
    4. Изменить (увеличить или уменьшить) кинетическую энергию тела можно только путем совершения работы (положительной или отрицательной).
    Читать далее

    Кинетическая энергия

    Энергия является мерой движения и взаимодействия любых объектов в природе. Имеются различные формы энергии: механическая, тепловая, электромагнитная, ядерная. . .

    Опыт показывает, что энергия не появляется ниоткуда и не исчезает бесследно, она лишь переходит из одной формы в другую. Это самая общая формулировка закона сохранения энергии.
    Каждый вид энергии представляет собой некоторое математическое выражение. Закон сохранения энергии означает, что в каждом явлении природы определённая сумма таких выражений остаётся постоянной с течением времени.

    Измеряется энергия в джоулях, как и работа. Механическая энергия является мерой движения и взаимодействия механических объектов(материальных точек, твёрдых тел).

    Мерой движения тела является кинетическая энергия. Она зависит от скорости тела. Мерой взаимодействия тел является потенциальная энергия. Она зависит от взаимного расположениятел.
    Механическая энергия системы тел равна сумме кинетической энергии тел и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом.

    Кинетическая энергия

    Кинетической энергией тела (принимаемого за материальную точку) называется величина

       

    где — масса тела, — его скорость.
    Кинетической энергией системы из тел называется сумма кинетических энергий каждого тела:

       

    Если тело движется под действием силы , то кинетическая энергия тела, вообще говоря, меняется со временем. Оказывается, именение кинетической энергии тела за некоторый промежуток времени равно работе силы . Покажем это для случая прямолинейного равноускоренного движения.
    Пусть — начальная скорость, — конечная скорость тела. Выберем ось X вдоль траектории тела (и, соответственно, вдоль вектора силы ). Для работы силы получаем:

       

    (мы воспользовались формулой для , взятой из темы «Равноускоренное движение»).
    Заметим теперь, что в данном случае проекция скорости отличается от модуля скорости разве что знаком; поэтому
    и В результате имеем:

       

    что и требовалось.

    На самом деле соотношение справедливо и в самом общем случае криволинейного движения под действием переменной силы.

    Теорема о кинетической энергии. Изменение кинетической энергии тела равно работе, совершённой приложенными к телу внешними силами за рассматриваемый промежуток времени.

    Если работа внешних сил положительна, то кинетическая энергия увеличивается ( > 0, тело разгоняется).
    Если работа внешних сил отрицательна, то кинетическая энергия уменьшается (Задача. Автомобиль едет по горизонтальной дороге со скоростью и начинает резко тормозить. Найти путь , пройденный автомобилем до полной остановки, если коэффициент трения шин о дорогу равен .

    Решение. Начальная кинетическая энергия автомобиля , конечная кинетическая энергия . Изменение кинетической энергии .
    На автомобиль действуют сила тяжести , реакция опоры и сила трения . Сила тяжести и реакция опоры, будучи перпендикулярны перемещению автомобиля, работы не совершают. Работа силы трения:

       

    Из теоремы о кинетической энергии теперь получаем:
    ⇒ ⇒

    Тест по физике Энергия 7 класс

    Тест по физике Энергия для учащихся 7 класса с ответами. Тест включает в себя 18 заданий с выбором ответа.

    1. Энергия — это физическая величина, показывающая

    1) как велика совершённая работа
    2) как мала совершённая работа
    3) каким образом совершается работа
    4) какую работу может совершить тело

    2. Энергия измеряется в

    1) ваттах
    2) джоулях
    3) ньютонах
    4) киловаттах

    3. Энергия тела тем больше, чем

    1) большее давление оно производит
    2) больше его размеры
    3) большую работу оно может произвести

    4. Чему равно изменение энергии тела?

    1) Совершённой им работе
    2) Изменению действующей на него силы
    3) Развиваемой им мощности
    4) Среди ответов нет верного

    5. Какие тела обладают потенциальной энергией?

    1) Все тела, которые могут совершать работу
    2) Тела, которые движутся
    3) Поднятые над какой-либо поверхностью тела
    4) Упругие деформированные тела

    6. Какие из названных здесь тел обладают потенциальной энер­гией: комнатная люстра (№1), трамвай (№2), сосулька на крыше (№3)?

    1) №1 и №2
    2) №1 и №3
    3) №3 и №2

    7. По какой формуле можно рассчитать потенциальную энергию поднятого над землёй тела?

    1) M = Fl
    2) A = Nt
    3) Eп = gmh
    4) p = gρh

    8. Какой из одинаковых шаров имеет наименьшую потенциальную энергию относительно поверхности пола?

    1) №1
    2) №2
    3) №3

    9. Шары разной массы подвешены на од­ной высоте. Какой из них обладает наи­большей потенциальной энергией?

    1) №1
    2) №2
    3) №3

    10. Какова потенциальная энергия мяча, заброшенного на крышу сарая? Масса мяча 350 г, высота сарая 3 м.

    1) 105 кДж
    2) 105 Дж
    3) 10,5 Дж
    4) 10,5 кДж

    11. Какие ещё тела, кроме поднятых над землёй, могут иметь по­тенциальную энергию?

    1) Никакие
    2) Находящиеся на земле, но вращающиеся вокруг своей оси
    3) Все сжатые тела
    4) Деформированные упругие тела

    12. Какие тела обладают кинетической энергией?

    1) Все движущиеся тела
    2) Те, которые движутся быстро
    3) Медленно движущиеся тела

    13. От каких величин зависит кинетическая энергия тел?

    1) От времени движения
    2) От объёма тела
    3) От пройденного им пути
    4) От массы и скорости тела

    14. По какой формуле вычисляют кинетическую энергию тел?

    1) Eп = gmh
    2) Eк = mv2/2
    3) A = Nt
    4) Eк = 2mv2

    15. Какое из названных тел обладают кинетической энергией: уличный фонарь (№1), ракета на старте (№2), дрейфующая льдина (№3), автомобили на стоянке такси (№4)?

    1) №1
    2) №2
    3) №3
    4) №4

    16. Определите кинетическую энергию шара массой 0,5 кг, катя­щегося по траве со скоростью 10 м/с.

    1) 5 Дж
    2) 50 Дж
    3) 25 Дж
    4) 1000 Дж

    17. Какую максимальную работу может совершить тело, обладаю­щее энергией, равной 20 Дж? 400 кДж?

    1) 20 Дж; 400 кДж
    2) 20 Дж; 200 кДж
    3) 10 Дж; 400 кДж
    4) 10 Дж; 200 кДж

    18. Какими изменениями энергии сопровождаются различные физические явления?

    1) Превращениями одного вида энергии в другой
    2) Передачей энергии от одного тела к другому
    3) Изменений энергии не происходит
    4) Среди ответов нет верного

    Ответы на тест по физике Энергия
    1-4
    2-2
    3-3
    4-1
    5-34
    6-2
    7-3
    8-2
    9-3
    10-3
    11-4
    12-1
    13-4
    14-2
    15-3
    16-3
    17-1
    18-12

    Научные игры о температуре, тепловой энергии и движении частиц

    В этой серии игр ваши ученики узнают о взаимосвязи между тепловой энергией и температурой, а также о том, как измеряется температура. Цель обучения «Температура, тепловая энергия и движение частиц», основанная на NGSS и государственных стандартах, обеспечивает более активное участие учащихся и академическую успеваемость в вашем классе, как показали исследования.

    Прокрутите вниз, чтобы ознакомиться с играми этой учебной цели и концепциями, которые они продвигают.

    Охватываемые концепции

    Температура измеряет среднюю кинетическую энергию частиц в веществе. Тепловая энергия измеряет общую кинетическую энергию частиц в веществе. Чем больше движение частиц, тем выше температура вещества и его тепловая энергия.

    Полная тепловая энергия вещества зависит от его температуры, числа атомов и физического состояния. Больше атомов и более высокая температура означают больше тепловой энергии. При прочих равных условиях наибольшую тепловую энергию имеют вещества в газообразной форме, за ними следуют жидкости, затем твердые тела.

    Температуру можно измерить термометром. Материя внутри термометра расширяется по мере того, как его частицы приобретают тепловую энергию и движутся. Есть три шкалы для количественного определения температуры:

    • градусов по Фаренгейту (℉)
    • Градусов Цельсия (℃)
    • Кельвины (К)

    Ученые также могут измерять температуру по цвету света, излучаемого объектом. Это полезно, если объект находится далеко или слишком горячий для прикосновения.

    Предварительный просмотр каждой игры в задаче обучения находится ниже.

    Вы можете получить доступ ко всем играм в Legends of Learning бесплатно и навсегда с учетной записью учителя. Бесплатная учетная запись учителя также позволяет создавать плейлисты с играми и заданиями для учащихся и отслеживать успеваемость в классе. Зарегистрируйтесь бесплатно сегодня!

    Метки: энергия, 2thermal, кинетический, потенциал, температура, частица, высокая температура, градусы Фаренгейта, Цельсия, Кельвина, проводимость, конвекция, излучение, абсолютный ноль, состояние вещества

    Температура — это не то, что вы думаете

    Итак, вместо полного объяснения энтропии я просто приведу некоторые ее интересные аспекты.Тепловое равновесие не является чисто энергетическим явлением. Энергия сохраняется, когда два объекта достигают теплового равновесия, но она также будет удовлетворена, если один объект нагреется, а другой станет холодным. Тепловое равновесие является статистическим процессом. Так уж получилось, что наиболее вероятным исходом для двух соприкасающихся объектов является достижение ими одинаковой температуры. Другие странные случаи (одному становится жарко, другому становится холодно) также технически могут иметь место, но их шансы на способа на меньше, чем ваш выигрыш в лотерею (а ваш шанс выиграть в лотерею практически равен нулю).

    Поскольку температура на самом деле является статистической величиной, вы не можете получить температуру отдельной частицы. Итак, в следующий раз, когда кто-то заговорит о температуре отдельного электрона или, что еще хуже, о температуре фотона, возможно, вам следует просто уйти.

    Какая температурная шкала лучше?

    Существует довольно много температурных шкал, но наиболее распространены три: Цельсий, Фаренгейт (я никогда не могу правильно написать) и Кельвин. Я знаю, что большая часть цивилизованного мира использует шкалу Цельсия, но мне просто трудно приучить свой мозг думать о температуре в этой шкале.Я, наверное, слишком стар, чтобы меняться. Кроме того, я всегда думаю об этом графическом отображении температурных шкал, которое говорит, что 0 градусов по Цельсию — это холодно, но при температуре 100 градусов по Цельсию вы были бы мертвы (температура кипящей воды).

    Как калибровать температурную шкалу? Шкала Цельсия проста. Нулевое значение соответствует точке замерзания воды, а значение 100 соответствует температуре кипения. Это довольно легко воспроизвести, но эти значения зависят от атмосферных условий, поэтому это не идеальный метод калибровки термометра.Шкала Кельвина аналогична шкале Цельсия, но сдвинута на 273,15, так что 0 градусов Кельвина (на шкале Кельвина нет градусов) равен 273,15 градуса Цельсия. Со шкалой Кельвина вы не получаете отрицательных температур, поэтому это полезно во многих расчетах.

    А как же шкала Фаренгейта? Я думаю, все согласятся, что он основан на двух измерениях: температуре человеческого тела (около 98 градусов по Фаренгейту) и температуре соли и льда (0 °F).На самом деле, это что-то интересное. Если смешать лед и соль (и немного воды), самая холодная смесь, которую можно получить, равна нулю. Это удивительно холодно, и поэтому вы используете смесь соли и льда для приготовления домашнего мороженого.

    Тем не менее, похоже, нет полного согласия относительно того, почему температура человеческого тела измеряется на уровне 98 °F, а не 100 °F. Одна из идей состоит в том, что шкала разбита на три части, по 32° в каждой, поскольку 32 — это температура замерзающей воды. Это не совсем соответствовало бы температуре человеческого тела в 100 ° F, но было бы близко.Что ж, думаю, мы не узнаем, пока кто-нибудь не изобретет машину времени.

    Что особенного в -40°?

    Если перевести -40°F в градусы Цельсия, получится -40°C. Но правильный ответ на значение -40° состоит в том, что это температура на Хоте. Хорошо, если вы посмотрите на Вукипедию (Викия по «Звездным войнам»), там написано, что Хот ночью опускается до -60°C. Итак, я собираюсь предположить, что, возможно, днем ​​это -40 ° C (или ° F). Как бы то ни было, когда Разрушители легенд проверяли тепловые свойства таунтауна, они использовали температуру -40 — вот так.

    Теперь немного математики. Как перевести °F в °C? Поскольку обе эти шкалы являются линейными температурными шкалами, я могу найти функцию температуры Цельсия как функцию температуры Фаренгейта. Для этого мне нужны две точки данных, чтобы построить линию. Хорошо, что они у меня уже есть — это точки кипения и плавления воды. Это дает две точки x-y (за исключением того, что x — это температура по Фаренгейту, а y — температура по Цельсию), которые равны (32,0) и (212,100). Теперь я могу использовать эти точки, чтобы найти наклон линии и формулу точка-наклон, чтобы найти уравнение линии.Я опущу детали (вы можете сделать это дома для удовольствия), но я получаю следующее уравнение.

    Молекулярные формулы и номенклатура

    Нижеследующее является содержанием Лекции по общей химии 21. В этой лекции мы рассмотрим определения энергии и процесс калориметрии.

    Энергия

    К сожалению, для обсуждения следующих тем необходимо сначала обсудить множество определений, так что потерпите меня.

    В первую очередь нам необходимо определить этот раздел изучения химии. Термодинамика или, точнее, Термохимия — это изучение поглощения или выделения тепла, которое сопровождает химические реакции.

    Энергия определяется как способность выполнять работу, а в химии мы определяем Энергия как сумму выполненной работы (w) и произведенного или потерянного тепла (q).

    Э = ш + кв

    Энергия также делится на два основных типа:

    (1) Кинетическая энергия (E K ) или энергия движения: 1/2 mv 2 , где m — масса, а v — скорость

    (2) Потенциальная энергия (E P ): энергия, запасенная в химических связях, которая высвобождается при разрыве или образовании связи.

    На рисунке ниже, когда вода начинает течь, энергия меняется с потенциальной на кинетическую:

    В любом случае измеренная энергия обычно выражается в одной из двух единиц: Калории (кал) или Джоули (Дж). Джоуль определяется как 1 кг . м 2 2 . Калория — это количество тепла, необходимое для нагревания 1 моля воды на 1 градус Цельсия и получения 4,184 Дж = 1 кал.

    Закон сохранения энергии

    Точно так же, как Закон сохранения массы заложил основу для стехиометрических расчетов, Закон сохранения энергии закладывает основу для термодинамических расчетов.

    Закон гласит, что Энергия не может быть ни создана, ни уничтожена, поэтому он известен как Первый Закон Термодинамики. Это означает, что общая Энергия Вселенной постоянна и могут быть измерены только изменения в типе энергии.

    В химии это часто означает, что потенциальная энергия химических связей преобразуется в тепловую энергию, которая, в свою очередь, затем преобразуется в кинетическую энергию по мере того, как молекула реагирует на повышение температуры и т. д. Или, как показано ниже, образование связи преобразует химическую энергию в тепловую и световую энергию.Важной особенностью процесса является то, что количество энергии остается постоянным.

    Вот вам еще пара определений:

    1) Температура – ​​в термодинамике определяется как мера кинетической энергии, полученной в результате движения молекул. Что-то вроде того, что было первым, определение типа «курица или яйцо», поскольку при более высоких температурах молекулы имеют большую кинетическую энергию, но вот она.

    2) Тепловая энергия или теплота (q) – определяется как кинетическая энергия, передаваемая от одного объекта к другому в результате разницы температур между ними.Таким образом, мы должны измерить разницу температур между двумя объектами/веществами, чтобы определить тепло.

    3) Химическая энергия – как показано выше, это потенциальная энергия химических связей.

    Расчет энергии

    На данный момент есть только несколько типов расчета энергии, которые мы можем произвести из работы и тепла.

    Например:

    Какова энергия системы, которая совершает работу 100 Дж и поглощает 250 Дж тепла?

    Чтобы рассчитать это, вам нужно знать правила знаков:

    В термодинамике (как и в жизни) выполнению работы присваивается отрицательный знак, а совершению работы над системой — положительный.Точно так же потеря тепла имеет отрицательный знак, а поглощение тепла — положительный. Таким образом, для приведенной выше задачи это на самом деле просто процесс интерпретации чтения, поскольку задействованная математика — это просто сложение или вычитание:

    Система совершает работу, поэтому 100 Дж должны быть отрицательными, и она поглощает тепло, поэтому 250 Дж положительные:

    E = -100 Дж + 250 Дж = 150 Дж

    и другой тип расчета для кинетической энергии:

    E

    K = 1/2 мВ 2

    Вот простой пример:

    Если полузащитник может пробежать 40 метров за 4.15 секунд и весит 195 фунтов, сколько у него кинетической энергии?

    Сначала запомните единицы измерения Джоуля: 1 кг . м 2 2

    Нам нужно преобразовать фунты в кг: 195 фунтов x 1 кг/2,2 фунта = 88,6 кг

    Тогда просто подключи и пей:

    E K = ½(88,6 кг)(40 м/4,15 с) 2 = 4,12 кДж

     

    А теперь вернемся к определениям…

    Система и окружение

    Как мы узнали ранее, потерянная и полученная энергия должны быть эквивалентны для любого процесса, но мы не определили, где мы будем терять или приобретать эту энергию, поэтому мы сделаем это сейчас.

    Система – определяется как процесс, реакция или объект исследования.

    Окружающие s – это все остальное.

    Например, в реакции водной кислоты и основания системой будет сама реакция между молекулами кислоты и основания, а окружающей средой будет вода и контейнер, в котором они находятся.

    Официально существует три типа систем:

    Открытый — может обмениваться теплом и веществом с окружающей средой

    Закрытый – может обмениваться теплом, но не материей с окружающей средой

    Изолированный — не может обмениваться теплом или веществом с окружающей средой

    Здесь я хочу еще раз напомнить вам о Первом Законе Термодинамики: Энергия не создается и не уничтожается.Другой способ заявить об этом состоит в том, что чистое Изменение Энергии между системой и ее окружением должно быть равно нулю. ΔE = E Система + E Окружение =0. Чтобы это было правдой, тогда Энергия системы должна быть эквивалентна энергии окружающей среды, но противоположна по знаку.

    E Система = -E Окружение или -E Система = E Окружение

    И так же, как и раньше, когда система теряет энергию, мы даем ей отрицательный знак, а когда она набирает энергию – положительный.

    Тепло

    Когда в открытом контейнере происходит химическая реакция, большая часть полученной или потерянной энергии приходится на тепло. Почти никакой работы не делается (т.е. ничего не перемещается). Теплота (q) определяется как передача энергии между системой и ее окружением. Тепло течет между системой и окружающей средой до тех пор, пока они не будут иметь одинаковую температуру. Когда происходит химическая реакция, при которой система поглощает тепло, этот процесс называется эндотермическим (ощущение холода).Когда происходит химическая реакция, при которой система выделяет тепло, она экзотермическая (она кажется горячей).

    Определение тепла – калориметрия

    Калориметрия – это процесс, посредством которого измеряется изменение температуры системы.

    Существует два основных типа калориметрии — постоянное давление и постоянный объем.

    Калориметр постоянного давления часто называют калориметром кофейной чашки, потому что он напоминает кофейную чашку и часто изготавливается в лабораторных экспериментах.

     

    q Sys , показанный здесь, представляет собой общее количество тепла для всего калориметра, который содержит воду и калориметр окружающей среды, как мы определили его ранее, и q Rxn , который мы определили ранее как систему. Так же, как и выше, где мы заявили, что общая энергия должна быть равна нулю, так и q Sys показано здесь. Это означает, что преобразование приведенного выше уравнения устанавливает q окружения равным по величине, но противоположным по знаку, как и раньше.

    Расчет q зависит не только от изменения температуры, но также от его удельной теплоемкости и количества.

    Удельная теплоемкость (с)

    Удельная теплоемкость (c) вещества – это количество теплоты (q), необходимое для повышения температуры одного грамма вещества на один градус Цельсия.

     

    Это уравнение для теплоты просто означает, что чем больше у вас вещества, тем больше тепла оно может поглотить или выделить, поэтому тепло считается экстенсивным свойством.При этом также учитывается, что разные типы материалов по-разному поглощают/выделяют тепло. Всякий, кто когда-либо готовил в алюминиевой фольге или на чугунной сковороде, понимает эту разницу. К фольге можно прикасаться с минимальной опасностью, так как она остывает почти сразу после снятия с огня, а к железной сковороде еще долго будет опасно прикасаться. Это связано с их разной теплоемкостью (см. таблицу выше).

    Возвращаясь к калориметрии, другой тип калориметра — это калориметр постоянного объема или «бомба».Часть «бомбы» исходит из того факта, что, поскольку объем постоянен, давление внутри калориметра может быть довольно высоким. Если за этим не следить внимательно, это может привести к плачевным результатам.

     

    Уравнения для расчета тепла практически идентичны уравнениям калориметра постоянного давления. Большая разница между ними заключается в том, что в то время как в калориметре с кофейной чашкой реакция происходит в воде как части водного раствора, реакция в калориметре-бомбе вообще происходит в отдельном отсеке.

    Вот несколько простых примеров калориметрии:

     

    Практические задачи по калориметрии

     

     

     

     

    1. Энергия является физической величиной

    Учение о природе энергии подкрепляется 8 ключевыми понятиями:

    1.1 Энергия – это количество, которое передается от системы к системе. Энергия – это способность системы совершать работу. Система совершила работу, если она приложила силу к другой системе на некотором расстоянии.Когда это происходит, энергия передается от одной системы к другой. Во время этого процесса по крайней мере часть энергии также преобразуется из одного вида в другой. Можно отслеживать, сколько энергии передается в систему или из нее.

    1.2 Энергия системы или объекта, в результате которой возникает его температура, называется тепловой энергией. Когда происходит чистая передача энергии от одной системы к другой из-за разницы температур, передаваемая энергия называется теплотой. Передача тепла происходит тремя способами: конвекцией, теплопроводностью и излучением.Как и любая передача энергии, теплопередача включает в себя силы, действующие на расстоянии на некотором уровне при взаимодействии систем.

    1.3 Энергия не создается и не уничтожается. Изменение общего количества энергии в системе всегда равно разнице между количеством переданной энергии и количеством переданной энергии. Общее количество энергии во Вселенной конечно и постоянно.

    1.4 Энергия, доступная для выполнения полезной работы, уменьшается по мере ее передачи от системы к системе.Во время всех передач энергии между двумя системами часть энергии теряется в окружающую среду. В практическом смысле эта потерянная энергия была «израсходована», хотя она все еще где-то рядом. Более эффективная система будет терять меньше энергии, вплоть до теоретического предела.

    1.5 Энергия бывает разных форм и может быть разделена на категории. Формы энергии включают световую энергию, упругую энергию, химическую энергию и многое другое. Вся энергия делится на две категории: кинетическая и потенциальная.Кинетика описывает типы энергии, связанные с движением. Потенциал описывает энергию, которой обладает объект или система из-за его положения относительно другого объекта или системы и сил между ними. Некоторые формы энергии являются частично кинетической и частично потенциальной энергией.

    1.6 Химические и ядерные реакции связаны с переносом и преобразованием энергии. Энергия, связанная с ядерными реакциями, намного больше, чем энергия, связанная с химическими реакциями для данного количества массы.Ядерные реакции происходят в центрах звезд, в ядерных бомбах, а также в ядерных реакторах деления и синтеза. Химические реакции широко распространены в живых и неживых системах Земли.

    1.7 Для количественного определения энергии используется множество различных единиц. Как и в случае с другими физическими величинами, с энергией связано множество различных единиц измерения. Например, джоули, калории, эрги, киловатт-часы и БТЕ — все это единицы энергии. Учитывая количество энергии в одном наборе единиц, всегда можно преобразовать его в другой (т.г., 1 калория = 4,186 Дж).

    1.8 Мощность – это мера скорости передачи энергии. Полезно говорить о скорости, с которой энергия передается от одной системы к другой (энергия за время). Эта скорость называется мощностью. Один джоуль энергии, передаваемой за одну секунду, называется ваттом (т. е. 1 джоуль в секунду = 1 ватт).

    Энергия — это слово, имеющее множество значений, но не имеющее универсального определения

    Какой тип энергии здесь изображен? Американские горки Thunder Dolphin в Токио, Япония, развивают скорость до 81 мили в час.Фото Бена Гарни.

    Происхождение: фото Бена Гарни
    Повторное использование: Этот предмет предлагается под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете использовать этот предмет повторно для некоммерческих целей, если вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы под аналогичной лицензией.

    В нашей повседневной жизни мы постоянно взаимодействуем с различными формами энергии. Энергия содержится в бензине, кошачьем корме и звездах, и энергия переходит из одной формы в другую посредством ветра, движения и тепла.Итак, с чего начать обучение тому, что интуитивно очевидно, но в то же время абстрактно и сложно?

    Этот принцип помогает учащимся ознакомиться с некоторыми основами энергии, многие из которых основаны на физике. Мы хотим, чтобы учащиеся освоились с концепцией того, что энергия существует во многих формах, может передаваться из одной системы в другую и может быть измерена.

    Хотя определить термин «энергия» сложно, нетрудно определить, описать и измерить конкретные виды энергии.

    Механическая энергия — это энергия механических систем, таких как мяч, катящийся по рампе, или шарик, выпущенный из рогатки. Механическая энергия может быть в трех формах:

    • Гравитационная потенциальная энергия — это энергия объекта или системы из-за гравитационного притяжения. Например, мы можем рассчитать механическую энергию мяча, который вылетит из высокого окна, или гравитационную потенциальную энергию воды в водохранилище, используемом для гидроэнергетики.
    • Кинетическая энергия — это энергия движения объекта. Мчащийся автомобиль, парящий в воздухе бейсбольный мяч и лыжник, скользящий вниз по склону, — все это примеры объектов с кинетической энергией. Маховики – это метод хранения кинетической энергии.
    • Упругая потенциальная энергия — это энергия, запасенная в растянутой пружине, резиновой ленте или другом эластичном материале.

    Тепловая энергия – это энергия, возникающая в результате кинетической энергии молекул вещества.Горячий чайник имеет больше тепловой энергии, чем холодный. Предметы, которые кажутся теплыми, излучают тепловую энергию, а передача тепловой энергии вызывает изменения температуры.

    Лучистая энергия — это энергия электромагнитного излучения, такого как видимый свет, микроволны или рентгеновские лучи.

    Химическая энергия — это энергия, запасенная в химических связях. Бензин и продукты питания являются примерами соединений с химической потенциальной энергией.

    Ядерная энергия — это название, данное энергии, которая возникает в результате преобразования массы в энергию во время ядерных реакций.Это мощный и обильный источник энергии, потому что небольшое количество массы может быть преобразовано в большое количество энергии, как описано знаменитым уравнением Эйнштейна E=mc 2 .

    Независимо от того, какую форму принимает энергия, энергия имеет числовое значение, которое мы можем измерить и присвоить объектам или системам. Когда система претерпевает некоторые изменения, энергия может быть преобразована из одного вида энергии в другой.


    Учащиеся могут испытать и распознать различные формы энергии

    Понимание того, как определяются и измеряются различные виды энергии, дает основу для изучения других аспектов энергии.Понятия потери энергии, передачи энергии от одной системы к другой и способов измерения энергии являются важными понятиями для преподавания энергии. Хотя может возникнуть соблазн пропустить эти основы и начать преподавать ветряные турбины и солнечные панели, важно установить систему отсчета для понимания того, что такое энергия, прежде чем обсуждать различные виды топлива, источники энергии и использование энергии.

    Что удивительно в энергии, так это то, как одна форма энергии может быть преобразована в, казалось бы, несвязанные формы энергии.Джеймс Прескотт Джоуль провел новаторские эксперименты, показавшие, что некоторое количество механической энергии может быть преобразовано в такое же количество тепловой энергии. Например, взрыв преобразует химическую потенциальную энергию в кинетическую энергию, лучистую энергию и тепловую энергию. Лучистая энергия может быть преобразована в электрическую с помощью фотогальванического элемента. Тепловая энергия может быть преобразована в электрическую с помощью термоэлектрического генератора.

    Во всех случаях преобразования энергии часть энергии преобразуется в тепловую энергию.Поскольку эта энергия часто не может быть восстановлена ​​с пользой, эта тепловая энергия часто считается потраченной впустую или потерянной.

    Помощь учащимся в понимании этих идей

    Происхождение: Изображение из галерей изображений Microsoft
    Повторное использование: Этот элемент предлагается в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/ Вы можете повторно использовать это предмет в некоммерческих целях, если вы указываете авторство и предлагаете любые производные работы под аналогичной лицензией.

    Неправильные представления распространены, когда дело доходит до понимания форм энергии. С одной стороны, у всех нас есть интуитивное представление о том, что такое энергия. Но наука об энергии может быть сложной. Учителя должны найти золотую середину между точными объяснениями, не упрощая и не создавая дополнительных заблуждений.

    Распространенным камнем преткновения является понятие мощности и единиц для описания энергии и мощности. В метрической системе единицами измерения энергии являются джоули. Джоуль — это количество энергии, необходимое для ускорения объекта массой 1 кг до скорости 2 м/с или для подъема объекта массой 1 кг примерно на 10 см по вертикали.Калории, БТЕ и киловатт-часы — это другие единицы, которые можно использовать для измерения энергии.

    Мощность, то есть скорость передачи энергии, измеряется в джоулях в секунду, также называемых ваттами. В отличие от других единиц, описывающих ставки (например, мили в час для скорости, доллары в час для заработной платы), единица «Ватт» уже имеет встроенную единицу измерения «в секунду». Без знакомого «в секунду» в единицах измерения студенты часто думают, что ватт — это количество энергии, а не скорость, с которой передается энергия.Например, лампочка мощностью 100 Вт потребляет 100 Дж электроэнергии в секунду, преобразовывая ее в основном в тепловую энергию.

    К этой путанице добавляется единица киловатт-час. Киловатт-час равен 1000 Вт, умноженным на 3600 секунд, или 3,6 миллиона джоулей. Это обычная единица энергии, используемая электроэнергетическими предприятиями при выставлении счетов,

    .

    Похожим и забавным примером путаницы между электроэнергией и энергией является то, что электрические коммунальные предприятия часто называют «энергетическими» компаниями, хотя продаваемым ими продуктом является энергия.

    Принесите эти идеи в ваш класс

    Как работает работа? Это видео, подготовленное TED, иллюстрирует концепции работы и энергии, которые могут помочь нам раскрыть и понять многие физические законы, управляющие нашей Вселенной. В этом уроке Питер Бохачек исследует взаимодействие каждой концепции применительно к двум обычным объектам — лампочке и напольным часам.

    Как показано в видеоролике TED, базовые математические концепции можно использовать для понимания того, как измеряется энергия, например, измерение энергии в двух разных формах с последующим преобразованием этих величин в общепринятые единицы.Такие термины, как мощность (энергия за время), работа (сила за расстояние), могут быть легко измерены и рассчитаны. Все эти термины имеют альтернативные, но связанные значения в повседневной жизни, поэтому знакомство учащихся с математическими определениями потребует от учащихся понимания немного разных значений одних и тех же слов.

    Многие формы преобразования энергии можно непосредственно наблюдать в классе, поэтому демонстрации являются эффективным средством демонстрации преобразований между различными формами энергии.

    Химическая батарея, работающая от лампочки , которая освещает поверхность: химическая энергия преобразуется в электрическую энергию, которая преобразуется в лучистую и (в основном) тепловую энергию. Изучение маркировки на лампочке позволяет учащимся рассчитать эффективность, найдя отношение светового потока (люмен) к используемой мощности (Ватт). Лампы с более высокой эффективностью производят больше люменов видимого света на ватт.

    Ручной генератор/моторы и лампочка показывают, как кинетическая энергия может быть преобразована в электрическую энергию.Соединение двух ручных генераторов/моторов вместе показывает, как кинетическая энергия может быть преобразована в электрическую, а затем обратно в кинетическую.

    Соединение Пельтье (или термоэлектрический генератор) преобразует электрическую энергию в разность температур или разность температур в электрическую энергию.

    Так называемые “счастливые/грустные” шарики , которые можно приобрести в компаниях, занимающихся поставками научного образования, показывают, как эластичность материала может влиять на передачу энергии. «Счастливый» мяч сделан из полимера, который при сжатии накапливает упругую потенциальную энергию и высвобождает такое же количество кинетической энергии, когда он не сжат.Например, когда мяч падает с высоты 1 метр, потенциальная энергия гравитации преобразуется в кинетическую энергию при падении мяча. Когда мяч ударяется об пол, мяч сжимается, и кинетическая энергия преобразуется в основном в упругую потенциальную энергию (и немного в тепловую энергию). Когда мяч отскакивает, упругий потенциал преобразуется обратно в основном в кинетическую энергию (опять же, немного в тепловую), заставляя мяч отскакивать на значительную часть высоты, с которой он был выпущен.Отношение высоты отскока к высоте выброса – это отношение конечной энергии системы к исходной энергии – оценка эффективности передачи энергии. «Грустный» мяч изготовлен из менее эластичного полимера. Когда этот мяч сжимается, почти вся механическая энергия преобразуется в тепловую энергию, и мяч не отскакивает заметно.

    Пружинные игрушки и попперсы являются другими примерами подобных преобразований энергии.

    Сосуд Дьюара или термос “термос” является прекрасным примером передачи тепловой энергии.Описание того, как вакуумная колба препятствует передаче тепловой энергии внутрь или наружу, помогает учащимся понять, что «холод» — это не количество или форма энергии, а скорее недостаток тепловой энергии. Студентам может быть интересна история разработки термоса и того, как он был коммерциализирован компанией Thermos, которая выиграла от того, что Дьюар не запатентовал эту идею.

    Учебные материалы из коллекции CLEAN


    Средняя школа

     

    Средняя школа

    • Такие инструменты, как Калькулятор преобразования единиц энергии, могут быть использованы учащимися для сравнения количества энергии в различных формах.Когда учащиеся понимают значение различных единиц энергии, они могут эффективно учитывать масштабы использования энергии, что является частью Энергетического принципа 6.
    • Путеводитель по энергии Земли — это видео TED-Ed, в котором показано, как энергия циркулирует в системах Земли: атмосфере, гидросфере, литосфере и биосфере.

     

    Колледж

    • Проект «Солнечный водонагреватель» позволяет студенческим командам спроектировать и построить солнечные водонагреватели и лучше понять три различных типа теплопередачи, каждый из которых играет роль в конструкции солнечного водонагревателя.Обратите внимание, что это задание предназначено для старшеклассников, но оно может стать отличной лабораторной работой для начинающих студентов.
    • Global Energy Flows позволяет учащимся анализировать данные о глобальных источниках и поглотителях энергии (использовании) и строить диаграммы, чтобы показать относительный масштаб и связи между ними. Обсуждения масштаба; включены исторические, социально-экологические и географические различия в этих данных и последствия для будущего использования энергии.

     

    Найдите упражнения и наглядные материалы для преподавания этой темы

    Поиск по уровню обучения: средняя школа средняя школа введение колледж старшие классы колледж поиск все уровни обучения

    Ссылки

    Что такое энергия? Этот блок от EIA Energy Kids охватывает основы энергетики, виды энергии, единицы энергии и калькуляторы энергии.

    Моделирование PhET для обучения Энергии, Работе и Силе. Интерактивные симуляции, которые позволяют учащимся «экспериментировать» с изменяющимися переменными в различных энергетических системах.

    The Physics Classroom — это бесплатный веб-сайт по физике в Интернете, разработанный в первую очередь для школьников и учителей физики. Например, анимация «Преобразования энергии для горных лыж» иллюстрирует взаимосвязь между работой и энергией.

    Лаборатория кинетической энергии и скорости – Arbor Scientific

    После того, как сходства и различия будут выявлены, остальная часть заключительного обсуждения должна быть сосредоточена на значении наклона и значимости точки пересечения оси Y из линеаризованного графика и уравнения.

    Когда учащиеся смотрят на значения точек пересечения по оси Y, они будут иметь небольшие положительные или отрицательные значения. Возникает вопрос, являются ли эти значения значимыми или несущественными. Чтобы помочь учащимся оценить значимость y-перехвата, недостаточно просто посмотреть на значение. Значение точки пересечения y необходимо сравнить с диапазоном значений, собранных по оси y, в данном случае со значениями кинетической энергии. Порог несколько произвольный, но я говорю своим студентам, что точка пересечения по оси y незначительна, если она составляет менее 5% от максимального значения по оси y.

    Пересечение оси y линеаризованного графа также можно считать несущественным, если от него можно отказаться. Предложите учащимся подумать о том, к чему, по их мнению, приблизилась бы кинетическая энергия, если бы значение квадрата скорости приблизилось к нулю. В ходе управляемой беседы учащиеся смогут определить, что значение квадрата скорости будет приближаться к нулю, когда скорость приближается к нулю. И, как обсуждалось ранее, все учащиеся скажут, что они ожидают, что кинетическая энергия автомобиля должна быть равна нулю, когда его скорость равна нулю.Поскольку у-отрезок можно исключить, его можно исключить из алгебраического уравнения.

    Когда учащиеся смотрят на наклон линеаризованных графиков и уравнений, они должны найти две группы значений. Кроме того, если учащиеся упростили единицы наклона, они должны обнаружить, что единицами уклона являются просто килограммы. Спросите учащихся, почему существуют две группы значений уклона. Если учащиеся смогут определить причину различных значений наклона, это поможет им определить значение наклона. Наклон любой линейной зависимости представляет собой изменение переменной y на каждую единицу изменения переменной x.Для этой лаборатории это будет увеличение кинетической энергии автомобиля на одну единицу увеличения скорости в квадрате. Это может быть верным утверждением, но это не означает наклона, который вы хотите, чтобы ученики имели. Получается, что уклон составляет половину массы автомобиля, но как подвести учащихся к такому выводу?

    Начните с того, что напомните учащимся, что наклоны их линеаризованных графиков постоянны. Это справедливо для любых линейных отношений. Таким образом, это означает, что наклон должен представлять собой что-то, что оставалось постоянным во время каждого испытания в их эксперименте.Эта постоянная вещь также должна объяснять, почему группы получили разные значения наклона. Обсудите каждую общую идею, чтобы помочь учащимся решить, является ли это значением уклона. Если учащиеся упростят единицы уклона, они обнаружат, что уклон имеет единицы измерения только в килограммах. Это говорит о том, что значения представляют собой постоянную массу.

    Измерение баланса турбулентной кинетической энергии плоского следа в градиентах давления

  • Bradbury LJS (1965) Структура самосохраняющейся турбулентной плоской струи.J Fluid Mech 23(1):31–64

    Google ученый

  • Браун Л.В., Антония Р.А., Шах Д.А. (1987) Турбулентное рассеивание энергии в следе. J Fluid Mech 179:307–326

    CAS Google ученый

  • Carlson JR, Duquesne N, Rumsey CL, Gatski TB (2001) Расчет турбулентного следа при переменном градиенте давления. Comput Fluids 30:161–187

    Статья Google ученый

  • Демурен А.О., Роджерс М.М., Дурбин П., Леле С.К. (1996) О моделировании диффузии давления в неоднородных сдвиговых течениях.В: Летняя программа Proc 1996, Центр турбулентных исследований, Стэнфордский университет, Стэнфорд, Калифорния

  • Фор Т., Роберт Г. (1996) Турбулентный баланс кинетической энергии в следе за самодвижущимся телом. Exp Fluids 21:268–274

    Google ученый

  • George WK, Hussein HJ (1991) Локально-осесимметричная турбулентность. J Fluid Mech 233:1–23

    CAS Google ученый

  • Gerald CF, Wheatley PO (1994) Прикладной численный анализ.Addison-Wesley, Reading, MA

  • Gutmark E, Wygnanski I (1976) Плоская турбулентная струя. J Fluid Mech 73(3):465–495

    Google ученый

  • Heskestad G (1965) Измерения термоанемометром в плоской турбулентной струе. J Applied Mech–T ASME 32:721–734

    Google ученый

  • Хинце Дж. О. (1975) Турбулентность. Макгроу-Хилл, Нью-Йорк.

  • Hussein HJ, Capp SP, George WK (1994) Измерение скорости в сохраняющей импульс осесимметричной турбулентной струе с большим числом Рейнольдса.J Fluid Mech 258:31–75

    CAS Google ученый

  • Laufer J (1954) Структура турбулентности в полностью развитом потоке в трубе. Отчет NACA 1174

  • Liu X (2001) Исследование развития и структуры следа при постоянном градиенте давления. Кандидатская диссертация, Университет Нотр-Дам, Нотр-Дам, IN

  • Лю X, Томас Ф.О., Нельсон Р.К. (2002) Экспериментальное исследование плоского турбулентного следа при постоянном градиенте давления.Phys Fluids 14(8):2817–2838

    Статья КАС Google ученый

  • Мозер Р.Д., Роджерс М.М., Юинг Д.В. (1998) Самоподобие эволюционирующих во времени плоских следов. J Fluid Mech 367:255–289

    Артикул КАС Google ученый

  • Панчапакесан Н.Р., Ламли Дж.Л. (1993) Измерения турбулентности в осесимметричных струях воздуха и гелия, Часть 1: Воздушная струя. J Fluid Mech 246:197–223

    CAS Google ученый

  • Патель В.К., Сарда О.П. (1990) Измерения среднего течения и турбулентности в пограничном слое и следе двойной модели корабля.Exp Fluids 8:319–335

    Google ученый

  • Raffoul CN, Nejad AS, Gould RD (1995) Исследование трехмерного турбулентного переноса за обтекаемым телом. В: ASME Symp, разделенные и сложные потоки — совместная техническая конференция ASME/JSME Fluids, FED 217, Хилтон-Хед, Южная Каролина, август 1995 г., ASME, стр. 121–128

  • Таунсенд А.А. (1949) Распространение импульса и энергии в турбулентный след за цилиндром. П Рой Сок Лон А 197:124–140

    Google ученый

  • Уоллес Дж.М., Фосс Дж.Ф. (1995) Измерение завихренности в турбулентных потоках.Annu Rev Fluid Mech 27:469–514

    Статья Google ученый

  • Выгнански И., Фидлер Х. (1969) Некоторые измерения самосохраняющейся струи. J Fluid Mech 38(3):577–612

    Google ученый

  • Выгнански И., Фидлер Х.Е. (1970) Двумерная область смешения. J Fluid Mech 41(2):327–361

    Google ученый

  • Две основные формы энергии

    Хотя существует несколько видов энергии, ученые могут разделить их на две основные категории: кинетическая энергия и потенциальная энергия.Вот взгляд на формы энергии, с примерами каждого типа.

    Кинетическая энергия

    Кинетическая энергия – это энергия движения. Атомы и их компоненты находятся в движении, поэтому вся материя обладает кинетической энергией. В более широком масштабе любой движущийся объект обладает кинетической энергией.

    Общая формула кинетической энергии для движущейся массы:

    КЕ = 1/2 мВ 2

    KE — кинетическая энергия, m — масса, v — скорость. Типичной единицей кинетической энергии является джоуль.

    Потенциальная энергия

    Потенциальная энергия — это энергия, которую материя получает от своего расположения или положения. Объект имеет «потенциал» для выполнения работы. Примеры потенциальной энергии включают сани на вершине холма или маятник на вершине его качания.

    Одно из наиболее распространенных уравнений для потенциальной энергии можно использовать для определения энергии объекта по отношению к его высоте над основанием:

    Е = мгч

    PE — потенциальная энергия, m — масса, g — ускорение свободного падения, h — высота.Общепринятой единицей потенциальной энергии является джоуль (Дж). Поскольку потенциальная энергия отражает положение объекта, она может иметь отрицательный знак. Положительна она или отрицательна, зависит от того, совершается ли работа системой или системой .

    Другие виды энергии

    В то время как классическая механика классифицирует всю энергию как кинетическую или потенциальную, существуют и другие формы энергии.

    Другие формы энергии включают в себя:

    • гравитационная энергия – энергия, возникающая в результате притяжения двух масс друг к другу.
    • электрическая энергия – энергия статического или движущегося электрического заряда.
    • магнитная энергия – энергия от притяжения противоположных магнитных полей, отталкивания одноименных полей или от связанного электрического поля.
    • ядерная энергия – энергия сильного взаимодействия, связывающего протоны и нейтроны в атомном ядре.
    • тепловая энергия – также называемая теплотой, это энергия, которую можно измерить как температуру.Он отражает кинетическую энергию атомов и молекул.
    • химическая энергия – энергия, заключенная в химических связях между атомами и молекулами.
    • механическая энергия – сумма кинетической и потенциальной энергии.
    • лучистая энергия – энергия электромагнитного излучения, включая видимый свет и рентгеновские лучи (например).

    Объект может обладать как кинетической, так и потенциальной энергией. Например, автомобиль, спускающийся с горы, получает кинетическую энергию от своего движения и потенциальную энергию от своего положения относительно уровня моря.Энергия может переходить из одной формы в другую. Например, удар молнии может преобразовывать электрическую энергию в световую, тепловую и звуковую энергию.

    Сохранение энергии

    Хотя энергия может менять формы, она сохраняется. Другими словами, полная энергия системы является постоянной величиной. Это часто записывается в терминах кинетической (KE) и потенциальной энергии (PE):

    KE + PE = постоянная

    Отличным примером является качающийся маятник.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.