Kinetická energie: definice, druhy a vztah k práci

Určitě jste studovali na ústavu Kinetická energie v předmětu fyzika. Pokud ne, pravděpodobně jste to slyšeli v nějaké vědecké studii nebo v médiích. A to je rozhodující energie pro studium pohybu objektů. Mnoho lidí však stále nemá jasno v tom, co kinetická energie skutečně obnáší, jak funguje a jak se měří.

V tomto článku vám nabídneme a kompletní průvodce o kinetické energii, ponoření se do její definice, použití, typů a způsobu jejího výpočtu. Kromě toho poskytneme užitečné příklady a přezkoumáme koncepty související s jinými typy energie, abyste plně porozuměli důležitosti kinetické energie ve fyzice a každodenním životě.

Chcete vědět vše o kinetické energii? Musíte prostě číst dál, abyste se to dozvěděli 

Jaká je definice kinetické energie?

Když mluvíme o kinetické energii, někteří lidé si myslí, že se jedná o nějaký typ energie, která se používá k výrobě elektřiny nebo podobného zdroje. Nicméně, kinetická energie je prostě energii, kterou objekt má díky svému pohybu. Zjednodušeně bychom mohli říci, že každý pohybující se objekt má kinetickou energii.

Aby se předmět v klidu začal pohybovat, je třeba na něj působit silou. Když je tato síla aplikována, objekt překoná odporové síly (jako je tření země nebo vzduchu) a začne se pohybovat. Během tohoto procesu je energie spojená s pohybujícím se objektem to, co nazýváme kinetickou energií.

Proto, Kinetická energie závisí na dvou klíčových faktorech: hmotnosti objektu a jeho rychlosti. Čím větší hmotnost a rychlost, tím větší kinetickou energii bude mít objekt. Zvýšení rychlosti způsobí významný nárůst energie, protože energie závisí na rychlosti kvadraticky.

Tato energie se může přenášet z jednoho objektu na druhý. Například v případě srážky se část kinetické energie narážejícího předmětu přenese na naražený předmět.

Vztah mezi kinetickou energií a prací

Kinetická energie úzce souvisí s pojetím práce ve fyzice. On práce prováděná na objektu za účelem změny jeho rychlosti je to, co mu dává jeho kinetickou energii. Tato práce je definována jako součin síly působící na objekt a vzdálenosti, kterou urazí v důsledku této síly.

Pracovní rovnice je:

W = F · d · cos (θ)

Zde, W je práce hotová, F je velikost působící síly, d je ujetá vzdálenost a θ je úhel mezi silou a posunutím.

O kinetické energii můžeme uvažovat jako o práci potřebné k uvedení objektu z klidu na jeho aktuální rychlost.

Typy kinetické energie

Existují dva hlavní typy kinetické energie v závislosti na typu pohybu, který objekt popisuje:

• Translační kinetická energie: Vyskytuje se, když se objekt pohybuje po přímé dráze. Například když auto jede po rovné silnici, má translační kinetickou energii.
• Rotační kinetická energie: Objeví se, když se objekt otáčí kolem své vlastní osy. Nejjasnějším příkladem je točící se kolo nebo lopatky ventilátoru v pohybu.

Kromě těchto typů se kinetická energie může projevit i na jiných úrovních. Například na mikroskopické úrovni pohyb atomů v pevné látce vytváří a tepelná kinetická energie, který je zodpovědný za teplo. Elektrony pohybující se v obvodu také generují elektrická kinetická energie.

Jak se počítá kinetická energie?

Výpočet kinetické energie objektu je poměrně jednoduchý, pokud znáte jeho hmotnost a rychlost. Obecný vzorec Kinetická energie je dáno:

Pro lepší pochopení této rovnice je užitečné vysvětlit pojmy:

• E_c: Představuje kinetickou energii měřenou v joulech (J).
• m: Je to hmotnost předmětu měřená v kilogramech (kg).
• v: Odpovídá rychlosti objektu, měřeno v metrech za sekundu (m/s).

Jak vidíte, kinetická energie je úměrná hmotnosti, ale závisí na druhé mocnině rychlosti, což znamená, že zdvojnásobení rychlosti objektu zčtyřnásobí jeho kinetickou energii.

Kromě toho může být kinetická energie objektu vždy kladná nebo alespoň rovna nule, pokud je objekt v klidu.

Zrychlení a tření v kinetické energii

Kinetická energie Ve vesmíru nepůsobí samo o sobě. Často je ovlivňována jinými silami, především třecí síla a zrychlení.

Když na objekt působíme silou, začne se zrychlovat. S rostoucí rychlostí roste i vaše kinetická energie. Pokud však přestaneme působit silou, začnou objekt zpomalovat další faktory, jako je tření o vzduch nebo kontakt se zemí. Tento proces snižuje jeho kinetickou energii, dokud se objekt nakonec nezastaví.

Z tohoto důvodu je znalost třecích sil nezbytná pro pochopení chování pohybujícího se objektu. Například při jízdě autem kinetická energie kol neustále interaguje se zemí, což určuje množství energie potřebné k udržení vozu v pohybu.

Vzorec pro kinetickou energii: aplikace v klasické a relativistické mechanice

V klasické mechanice, použité rychlosti jsou hluboko pod rychlostí světla. V tomto případě vzorec E_c = ½ mv² Dokonale to platí pro výpočet kinetické energie objektu.

Nicméně v relativistické mechaniky, je nutné vzít v úvahu účinky z Einsteinova teorie speciální relativity, kdy se předměty pohybují rychlostí blízkou světlu. V této situaci není klasická forma vzorce přesná a je použita složitější verze odvozená ze slavné Einsteinovy ​​rovnice. E=m².

Příklady kinetické energie

• Hozený míč: Když házíte míčem, dáváte mu kinetickou energii. Množství energie závisí na rychlosti míče a jeho hmotnosti.
• Pohybující se auto: Automobil v oběhu má kinetickou energii, která bude záviset na jeho hmotnosti a rychlosti. Při brzdění se kinetická energie rozptyluje, především třením brzd a pneumatik o zem.
• Horské dráhy: Při jízdě na horské dráze auta ukládají potenciální energii, která se při pohybu auta ze svahu přeměňuje na energii kinetickou.
• padající kameny: Předmět, který padá z určité výšky, získává při zrychlování kinetickou energii. Tento typ kumulativního pohybu se používá v mnoha fyzikálních experimentech a příkladech z reálného světa.

Kinetická energie hraje klíčovou roli v bezpočtu každodenních situací a je zásadní pro pochopení toho, jak se pohybující se předměty v našem světě vzájemně ovlivňují. Od nejjednoduššího pohybu koule až po studium elektronů v kvantové fyzice je vše propojeno zákony, kterými se tato forma energie řídí.