Copy - UNIT 2: Kinetic & Potential Energy

Project Number: 2023-1-PL01-KA220-SCH-000164042

Dział 2: Energia kinetyczna i potencjalna

Projekt współfinansowany przez Komisję Europejską. Publikacja odzwierciedla jedynie stanowisko autora, a Komisja nie ponosi odpowiedzialności za sposób wykorzystania zawartych w niej informacji. Nr projektu: 2023-1-PL01-KA220-SCH-000164042

Wstęp

• W tym dziale poznamy energię kinetyczną i potencjalną oraz zbadamy czynniki, które na nie wpływają.

💡 Zobaczymy, jak energia zmienia swoją formę — z nieruchomej w ruchomą!

Źródło: freepik.com

Cele lekcji

Cele lekcji:

• Klasyfikowanie energii jako energii kinetycznej i potencjalnej, wiązanie energii z pojęciem pracy.

• Stwierdzenie, że energia potencjalna zależy od masy i wysokości, energia kinetyczna zależy od masy i prędkości.

• Wyciągnięcie wniosku, że energia jest zachowana, na podstawie transformacji typów energii kinetycznej i potencjalnej.

Source: freepik.com

Czym jest energia?

• Zanim zrozumiesz którąkolwiek z form energii, ważne jest, aby zrozumieć, czym naprawdę jest energia.
• Najprościej rzecz ujmując, energia to zdolność do wykonywania pracy, czyli gdy siła jest przyłożona do obiektu a obiekt się porusza.

Źródło: freepik.com

Energia potencjalna

1) Energia potencjalna jest jednym z dwóch głównych typów energii we wszechświecie. Jest dość prosta, choć nieco trudna do zrozumienia intuicyjnie: jest to forma energii, która ma potencjał do wykonywania pracy, ale nie wykonuje aktywnie pracy ani nie przykłada żadnej siły do żadnych innych obiektów.

• Energia potencjalna obiektu znajduje się w jego położeniu, a nie w jego ruchu. Jest to energia położenia.
• Energia potencjalna może być określona jako masa razy grawitacja razy wysokość.

Źródło: freepik.com

• m to masa w kilogramach, g to przyspieszenie spowodowane grawitacją (9.8 m / s² na powierzchni Ziemi), a h to wysokość w metrach. Energia potencjalna jest zwykle mierzona w dżulach (J); jeden dżul jest równy 1 kg m² / s².
• Kiedy obiekty są przemieszczane z pozycji równowagi, zyskują energię, która była w nich zmagazynowana przed wytrąceniem ich z równowagi przez sprężyste odbicie, grawitację lub reakcje chemiczne.
• Najlepiej widać to na przykładzie obiektu takiego jak łuk, który magazynuje energię powstającą w wyniku naciągnięcia cięciwy. Energia potencjalna zmagazynowana w naciągu odpowiada za energię, która pojawia się po zwolnieniu, znaną jako energia kinetyczna.

Energia kinetyczna

• Zrozumienie energii kinetycznej jest intuicyjnie łatwiejsze, ponieważ bardziej oczywiste jest, że poruszające się rzeczy mają energię.
• Energia kinetyczna powstaje, gdy energia potencjalna jest uwalniana, pobudzana do ruchu przez siły grawitacji lub sprężystości, wśród innych katalizatorów. Energia kinetyczna to energia ruchu. Kiedy zmagazynowana energia potencjalna (energia położenia) jest przekształcana w ruch, staje się energią kinetyczną.

Energia kinetyczna

• Energię kinetyczną można określić jako połowę masy razy prędkość do kwadratu. W jednostkach SI masa powinna być podana w kilogramach (kg), a prędkość w metrach na sekundę (m/s). Energia kinetyczna ma te same jednostki co energia potencjalna, kg m2/s2.
• W rzeczywistości cała energia ma te same jednostki, kg m2/s2, i jest mierzona za pomocą jednostki dżul (J).

Dlaczego więc we wzorze na energię kinetyczną nie ma przyspieszenia grawitacyjnego? Przecież swobodny spadek w naszym eksperymencie odbywa się pod wpływem grawitacji. Czy grawitacja nie wpływa na ruch obiektu?

Źródło: freepik.com

Czy grawitacja zawsze powoduje ruch? Zastanów się jeszcze raz!

• Proszę poświęć chwilę i pomyśleć o tym.
• Wydaje się to całkiem logiczne, prawda? Ale nie jest to do końca prawdą. Tak, grawitacja może być przyczyną ruchu swobodnie spadającego obiektu. Ale grawitacja może nie być przyczyną ruchu we wszystkich przypadkach.

Czy grawitacja zawsze powoduje ruch? Zastanów się jeszcze raz!

Rozważmy na przykład statek kosmiczny zawieszony w próżni kosmicznej w stanie nieważkości. W stanie spoczynku możemy powiedzieć, że jego energia kinetyczna wynosi zero. Ale gdy uruchomi silniki i zacznie się poruszać, będzie miał energię kinetyczną ze względu na swoją prędkość. Gdybyśmy dodali przyspieszenie grawitacyjne jako mnożnik do wzoru, popełnilibyśmy błąd ignorując energię kinetyczną statku kosmicznego, ponieważ porusza się on w stanie nieważkości. Możemy więc stwierdzić, że grawitacja nie jest bezpośrednio związana z energią kinetyczną, jest tylko jednym z możliwych składników, które są skuteczne w powstawaniu współczynnika prędkości.

Źródło: freepik.com

Transformacja energii: od potencjału do energii kinetycznej

• Wiesz już, że energia jest zachowywana i przenoszona w obrębie i między systemami, a nie tworzona ani niszczona. Dlatego w systemie, w którym tarcie jest pomijane, cała zmiana energii potencjalnej zostanie przekształcona w energię kinetyczną.
• Teraz, gdy poznaliśmy podstawy energii kinetycznej i potencjalnej, możemy rozwiązać kilka problemów, wykorzystując to, czego się nauczyliśmy.

Źródło: freepik.com

Eksperyment:

Po zeskanowaniu znajdującego się z boku kodu QR, możesz powtórzyć doświadczenie swobodnego spadania zaprojektowane w środowisku rozszerzonej rzeczywistości w różnych środowiskach, z obiektami o różnych masach i wypuszczając je z różnych wysokości.

Zeskanuj poniższy kod QR, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak ta zasada napędza codzienne urządzenia!

Zaprojektuj Twój eksperyment:

Proszę odpowiedzieć na poniższe pytania korzystając z symulacji.

🧪Projektując eksperyment, pamiętaj, aby zmieniać tylko jedną zmienną na raz. W przeciwnym razie określenie, która zmienna spowodowała zmianę pomiarów, może nie być możliwe.

Ćwiczenia:

a) Oblicz energię potencjalną obiektu o masie 15 kg na wysokości 100 m oraz energię kinetyczną tego obiektu w chwili uderzenia i prędkość, z jaką uderzy on o powierzchnię w wyniku swobodnego spadku. ……………………… ENERGIA POTENCJALNA: ……………………… ENERGIA KINETYCZNA: ……………………… PRĘDKOŚĆ:b) Oblicz energię potencjalną obiektu o masie 45 kg na wysokości 100 m oraz energię kinetyczną w chwili uderzenia i prędkość, z jaką ten obiekt uderzy o powierzchnię w wyniku swobodnego spadku. ……………………… ENERGIA POTENCJALNA: ……………………… ENERGIA KINETYCZNA: ……………………… PRĘDKOŚĆ:

Practice Problems

c) Oblicz energię potencjalną ciała o masie 15 kg na wysokości 100 m, prędkość, z jaką to ciało uderzy w powierzchnię w wyniku swobodnego spadku, oraz energię kinetyczną w momencie uderzenia. ……………………… ENERGIA POTENCJALNA: ……………………… ENERGIA KINETYCZNA: ……………………… PRĘDKOŚĆ:

Zastanówmy się nad zmianami energetycznymi

Czego dowiadujesz się o energii kinetycznej i potencjalnej, porównując uzyskane dane: w przypadkach „a” i „b”? .................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................. w przypadkach „a” i „c”? .................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................

Teraz pomyśl głębiej:

Jakie byłyby rezultaty, gdybyście przeprowadzili te eksperymenty na Księżycu, a nie na Ziemi? 💬 Porozmawiaj z rówieśnikami! .................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................