エネルギー保存の法則:説明、公式、および問題の例

エネルギー保存の法則

エネルギー保存の法則では、エネルギーを作成または破壊することはできませんが、ある形式のエネルギーから別の形式に変更することはできます。

私たちが毎日行う活動は、ある形態から別の形態へのエネルギーの変化です。

ケンブリッジ辞書の定義によると、エネルギーは、光、熱、動き、または電力に使用される燃料や電気を生み出す仕事をする力です。

たとえば、私たちが食べるとき、私たちは食物からの化学エネルギーを私たちが移動するために使用するエネルギーに変換します。しかし、私たちがまだいるとき、このエネルギーは変わりません。エネルギーは存在し続けます。以下は、エネルギー保存の法則の音です。

エネルギー保存の法則を理解する

「クローズドシステムのエネルギー量は変化しません。同じままです。このエネルギーは作成も破壊もできませんが、ある形式のエネルギーから別の形式に変化する可能性があります。

エネルギー保存法の創設者は、1818年12月24日に生まれたイギリス出身の科学者であるジェームズプレスコットジュールです。

機械的エネルギーの保存の法則は 、運動エネルギーと潜在エネルギーの合計です。潜在的なエネルギーは、オブジェクトが力場にあるためにオブジェクトに存在するエネルギーです。一方、運動エネルギーは、質量/重量を持つ物体の動きによって引き起こされるエネルギーです。

以下は、2つのエネルギーの式の記述です。

エネルギー保存の法則

情報

E K =運動エネルギー(ジュール)

E P =潜在的なエネルギー(ジュール)

m =質量(Kg)

v =速度(m / s)

g =重力(m / s2)

h =オブジェクトの高さ(m)

ある量のエネルギーのすべての単位はジュール(SI)です。さらに、潜在的なエネルギーでは、この力による仕事は、システムの潜在的なエネルギーの負の変化に等しい。

一方、速度が変化するシステムの場合、このシステムに作用する総仕事量は、運動エネルギーの変化に等しくなります。作業力は控えめな力にすぎないため、システムの総作業量は、潜在的なエネルギーの負の変化に等しくなります。

これら2つの概念を組み合わせると、運動エネルギーの変化と潜在エネルギーの変化の合計がゼロに等しい状態が発生します。

エネルギー保存の法則

2番目の式から、初期の運動エネルギーと潜在的なエネルギーの合計は、最終的な運動エネルギーと潜在的なエネルギーの合計と同じであることがわかります。

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このエネルギーの合計は、機械的エネルギーと呼ばれます。システムに作用する力が保守的な力でなければならないという条件で、この機械的エネルギーの値は常に一定です。

エネルギー保存法の公式

システム内のすべての総エネルギー(つまり、機械的エネルギー)は常に同じである必要があるため、システムの前後の機械的エネルギーの大きさは同じです。この場合、次のように表すことができます。

エネルギー保存の法則

エネルギー保存法の例

1.倒れた木の実

果物がpohomにあるとき、それは静止します。この果物は地面からの高さのために潜在的なエネルギーを持っています。

果物が木から落ちた場合、潜在的なエネルギーは運動エネルギーに変換され始めます。エネルギーの量は一定のままであり、それはシステムの総機械的エネルギーになります。

果物が地面に着く直前に、システムの潜在的な総エネルギーはゼロまで減少し、運動エネルギーのみを持ちます。

2.水力発電所

滝から落ちる水からの機械的エネルギーは、滝の底にあるタービンを回すために使用されます。このタービン回転は、発電に使用されます。

3.スチームエンジン

蒸気エンジンは、熱エネルギーである蒸気で動作します。この熱エネルギーは、機関車の運転に使用される機械的エネルギーに変換されます。これは、熱エネルギーを機械エネルギーに変換する例です。

4.風車

風の運動エネルギーにより、ブレードが回転します。風車は風の運動エネルギーを電気エネルギーに変換します。

5.トイダートガン

ダーツガンには、圧縮位置にあるときに弾性エネルギーを蓄えることができるスプリングがあります。

このエネルギーは、バネが伸びると放出され、矢印が動きます。したがって、ばねの弾性エネルギーを移動矢印の運動エネルギーに変換します

6.大理石のゲーム

大理石で遊ぶとき、指からの機械的エネルギーは大理石に伝達されます。これにより、大理石が停止する前に移動し、ある程度の距離を移動します。

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エネルギー保存法の例

1.ユユンは、モーターキーを2メートルの高さから落とし、移動キーが家の下に自由に落ちるようにしました。その場所での重力による加速度が10m / s2の場合、初期位置から0.5メートル移動した後のキー速度は

説明

h 1 = 2 m、v 1 = 0、g = 10 m / s2、h = 0.5 m、h 2 = 2-0.5 = 1.5 m

v 2 =?

機械的エネルギーの保存の法則に基づく

Em 1 = Em 2

Ep 1 + Ek 1 = Ep 2 + Ek 2

MGH 1 +1/2 MV 1 2 = MGH 2 +½m.v 2 2

m。10(2)+ 0 = m。10(1,5)+½m.v 2 2

20メートル= 15 M +½m.v 2 2

20 = 15 +½V 2 2

20から15 =½V 2 2

5 =½V 2 2

10 = v 2 2

v 2 =√10m/ s

2.ブロックが滑りやすい傾斜面の上部からスライドして、傾斜面の基部に到達します。傾斜面の上部が床面から32メートルの高さにある場合、ブロックが面の下部に到達したときのブロックの速度は次のようになります。

説明

h 1 = 32 m、v 1 = 0、h 2 = 0、g = 10 m / s2

v 2 =?

機械的エネルギーの保存の法則によると

Em 1 = Em 2

Ep 1 + Ek 1 = Ep 2 + Ek 2

MGH 1 +1/2 MV 1 2 = MGH 2 +½m.v 2 2

m。10(32)+ 0 = 0 +½m.v 2 2

320メートル=½m.v 2 2

320 =½V 2 2

640 = v 2 2

v 2 =√640m/ s =8√10m/ s

3.質量1Kgの石を垂直に上向きに投げます。高さが地面から10メートルのとき、速度は2 m / sです。その時のマンゴーの機械的エネルギーは何ですか?g = 10 m / s2の場合

説明

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

機械的エネルギーの保存の法則によると

E M = E P + E K

E M = mgh +½mv2

E M = 1。10.10。10 +½。1.1。22

E M = 100 + 2

E M = 102ジュール

それは、エネルギー節約の法則とその問題および日常生活への応用の説明です。うまくいけば便利です。