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物理動能守恒簡易公式

生活 更新时间:2024-07-31 00:24:45

在我們的實際生活中,如果你把一個小球從高出抛出,當小球離地面的高度越來越小時,小球的速度也會越來越大,從這個簡單的實際生活的現象中,我們不妨想想,為什麼小球離地面的高度越來越小時,小球的速度會越來越大呢?

物理動能守恒簡易公式(機械能守恒定律與動能定理有什麼關系呢)1

換一句話說,小球在下落的過程中,是什麼轉化為小球的動能呢?畢竟,小球的動能Ek=1/2MV²,也就是說,小球的速度越大,小球所獲得的動能也就越大,而小球在最開始的時候,由于它的速度為零,故而在跑出去的一瞬間,小球的動能也為零。那麼,小球的動能增加是由什麼能轉化的呢?

物理動能守恒簡易公式(機械能守恒定律與動能定理有什麼關系呢)2

在自由落體的運動中,小球隻受到了重力的作用,且隻有重力對小球做功。由于小球的高度在減少,故而重力對小球所做的功為正。如果以地面為參考點的話,當小球碰撞到地面的一瞬間,小球的重力勢能也就全部的轉化為動能了。根據物理學識可得,小球在離地面高度為H的地方下落到地面時,就有MgH=1/2MV²。也就是說,重力所做的功全部轉化為小球的動能了,這就是物理學中的動能定理。

物理動能守恒簡易公式(機械能守恒定律與動能定理有什麼關系呢)3

将這個物理定理進行延伸,就可發現,小球在離高度為H的地面其動能為零,也就是Ek1=0,而小球在與地面碰撞的一瞬間,此時的小球的重力勢能也為零,即Ep2=0。因此,我們就可以将動能定理進行如下的變化。

Ep1-Ep2=Ek2-Ek1,其中Ep表示小球的重力勢能,Ek表示小球的動能。通過這個等式就不難看出,小球重力勢能的減少量等于小球動能的增加量。進一步将此等式變形為Ep1 Ek1=Ep2 Ek2。此時,小球最初的機械能與末了的機械能就被巧妙的劃上了等号。此等式就是物理學中著名的定律,即機械能守恒定律。

物理動能守恒簡易公式(機械能守恒定律與動能定理有什麼關系呢)4

機械能守恒定律是能量守恒中最簡單的定律之一,它隻包括勢能與動能之間的轉換,不包括物體還發生内能、化學能、生物能轉換中。在機械能守恒定律中,我們首先要明白的是,物體做的機械運動,也就是簡單的直線與曲線運動。

物理動能守恒簡易公式(機械能守恒定律與動能定理有什麼關系呢)5

第二,機械能守恒定律隻适用于物體受到重力或彈力的情況下,或物體受到的其它外力為零,或其它外力對物體不做功方能使用機械能進行解決物理問題。也就是說,隻有重力勢能或彈性勢能轉化為物體的動能時,物體的機械能才能守恒。

在這裡需要注意的是,一個人用手拉着一根彈簧測力計,然後勾住一個物體時,此彈簧測力計的讀數為20N。當這個人緩慢的将彈簧測力計與物體共同下落時,此時物體的機械能守恒嗎?

物理動能守恒簡易公式(機械能守恒定律與動能定理有什麼關系呢)6

這就是一個很容易将機械能運動錯誤的經典案例,從表面上看,物體隻受到了重力,以及20N的拉力。當物體處于靜止狀态時,這個20N的拉力就是物體的重力。而此時整個系統中,不僅有重力的存在,還有人的拉力,在物體向下運動的過程中,人的拉力對物體(系統)是有做功的,固然,此物體(系統)中機械能是不守恒的。

物理動能守恒簡易公式(機械能守恒定律與動能定理有什麼關系呢)7

從上面的分析可知,動能定理是機械能守恒定律的基礎,而機械能守恒定律卻又是特殊的動能定理的一種形式,這就是二者之間的巧妙關系。

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