Eine Langzeitbelichtung von einigen Fahrgeschäften im Vergnügungspark. Jason Chen/Unsplash
Die Welt bewegt sich schnell, aber haben Sie sich jemals gefragt, wie man die Energie eines sich bewegenden Objekts misst?
Um ein Objekt zu beschleunigen, ist Kraftanwendung erforderlich. Und die Kraftanwendung ist im wahrsten Sinne des Wortes Arbeit. Wenn an einem Objekt Arbeit verrichtet wird, wird Energie übertragen. Die übertragene Energie wird als kinetische Energie bezeichnet und hängt ab vondie Masse und Geschwindigkeit des sich bewegenden Objekts.
Kinetische Energie ist das Maß für die Arbeit, die ein Objekt bei seiner Bewegung verrichtet, sie wird in Form von Masse m und Geschwindigkeit v definiert. Die Bewegung eines Objekts kann horizontal, vertikal, elliptisch usw. sein, aberkinetische Energie gilt überall dort, wo Bewegung stattfindet.
Wie misst man kinetische Energie?
Kinetische Energie ist eine skalare Größe. Dies bedeutet, dass sie unabhängig von der Richtung eines Objekts ist und nur durch ihre Größe beschrieben wird. Die Gleichung für die kinetische Energie lautet:
KE = ½ mv2
Wir können daraus sehen, dass wenn die Masse m eines Objekts zunimmt, auch seine kinetische Energie zunimmt, und wenn die Geschwindigkeit v eines Objekts verdoppelt wird, erhöht sich der Wert der kinetischen Energie um das Vierfache. Daher, ist die kinetische Energie direkt proportional zur Masse und Geschwindigkeit eines Objekts.
DerSI Internationales Einheitensystem Einheit der kinetischen Energie ist Joule Kgm2.s-2 und im CGS Zentimeter-Gramm-Sekunden-System wird es in Bezug auf erg definiert10-7 Joule oder gm.cm2.s-2
Gleichung der kinetischen Energie
DerArbeitsenergiesatz besagt, dass die an einem System geleistete Gesamtarbeit gleich der Änderung der kinetischen Energie des Systems ist.
Wgesamt = ΔK
Arbeit ist gleich der Änderung der kinetischen Energie Δ K. Wenn eine Kraft F auf ein Objekt der Masse m ausgeübt wird, dann ist die Arbeit W, die verrichtet wird, um das Objekt um eine Strecke d zu bewegen, aufdie oberfläche ist gegeben als:
W=F * d wo
F = Masse m * Beschleunigung a so
W = m * a * d
Um die kinetische Energiegleichung herzuleiten, wir auch die kinematische Gleichung,
v2 = du2 + 2a *Δd wo
u ist die Anfangsgeschwindigkeit, v ist die Endgeschwindigkeit v und Δd ist die Verschiebung. Das Auflösen nach Beschleunigung ergibt:
a = F/m und
W/m = v2 - du2/2Δd
F * 2Δd = m v2 - du2
F *Δd = m v2 - du2 / 2
Da ein ruhendes Objekt keine Geschwindigkeit hat, kann dies vereinfacht werden zu:
F *Δd = mv2/ 2
F *Δd = ½ mv2
Da F *Δd die Gleichung für Arbeit ist und Arbeit gleich der Änderung der kinetischen Energie ΔK ist wir haben:
W = ½ mv2
Arten der kinetischen Energie
Je nach berücksichtigten Parameter gibt es zwei Möglichkeiten, die kinetische Energie zu kategorisieren:
1. Auf der Grundlage der Bewegung
Objekte zeigen verschiedene Arten von Bewegung, von vibrierenden Quantenteilchen bis hin zu großen rotierenden Turbinen.
Translationale kinetische Energie
Dies ist die Energie aufgrund der Bewegung eines starren Körpers in einer geraden Linie. Beispiele hierfür sind die Bewegung einer Kugel, ein Apfel, der von einem Baum fällt usw.
Schwingungskinetische Energie
Vibrationskinetische Energie ist einfach die kinetische Energie eines Objekts aufgrund seiner Vibrationsbewegung. Die Vibration eines Mobiltelefons in der Tasche oder einer Trommel, wenn es von einer Hand oder einem Stock getroffen wird, sind beides Beispiele für kinetische Vibrationsenergie.
Rotationskinetische Energie
Rotationskinetische Energie oder Winkelkinetische Energie ist kinetische Energie aufgrund der Rotation eines Objekts und ist ein Teil seiner gesamten kinetischen Energie. Rotationskinetische Energie kann ausgedrückt werden als: Erotational=12Iω2">Erotational= ½ I ω2 wo ω"> ist die Winkelgeschwindigkeit, ich">ist das Trägheitsmoment um die Rotationsachse und E ist die kinetische Energie.
Gemeinsame Beispiele für diese Art von KE ist die Rotation der Erde und die Bewegung eines Schwungrads.
2. Auf der Basis von Energie
Die Natur der kinetischen Energie hängt auch von der Menge und Art der Energie im System ab und wie sich diese auf die Bewegung der Teilchen im System auswirkt.
Thermische Energie
Die thermische kinetische Energie eines Objekts oder Systems ist der Teil seiner inneren Energie, der für die Temperatur des Systems verantwortlich ist und an der Wärmeübertragung beteiligt ist. Thermische Energie wird durch die Bewegung von Atomen erzeugt, wenn sie miteinander kollidierenBeispiele für thermische Energie sind: Die Bewegung von erhitzten Wasser in einem Schwimmbad oder einer heißen Quelle ist ein Beispiel für thermische kinetische Energie.
Elektrische Energie
Ein elektrischer Strom ist eine Energieform, die aus der Bewegung freier Elektronen resultiert. Blitze und Glühbirnen sind Beispiele für elektrische Energie in Bewegung.
Strahlungsenergie
Strahlung kann als kleine subatomare Partikel mit kinetischer Energie definiert werden, die durch den Raum abgestrahlt oder übertragen werden. Beispiele für Strahlungsenergie sind ultraviolettes Licht, Gammastrahlen oder die Wärme eines Kamins, wenn er einen Raum erwärmt. Absorption bei Kernreaktionenund Partikelstrahlung ist ein Prozess der Aufnahme kinetischer Energie von Partikeln oder die Kombination von Partikeln mit einem Atom, einem Kern oder einem anderen Partikel.
Schallenergie
Klang ist eine Form von kinetischer Schwingungsenergie, die gehört werden kann.Kinetische Schallenergie erzeugt Bewegungsenergie unter Verwendung von Longitudinalwellen. Gängige Beispiele sind Musik, Sprache usw. In einem Vakuum gibt es keinen Ton, weil es kein Medium gibt, um die Schwingungen zu übertragen.
Wie ist die Beziehung zwischen potentieller und kinetischer Energie?
Potenzielle Energie ist die Energie von einem Objekt oder Körper aufgrund seiner Position relativ zu anderen besessen. Es kann auch durch innere Spannungen, elektrische Ladung und andere Faktoren erzeugt werden. Es ist ein Maß dafür, wie viel Energie ein Objekt gespeichert hat.
Die Änderung der potentiellen Energie eines Objekts kann auch in verschiedenen Konfigurationen betrachtet werden. Zum Beispiel ändert sich die potentielle Gravitationsenergie einer Kugel, je nachdem, wie weit sie vom Erdmittelpunkt entfernt ist – eine Kugel, die oben liegteines hohen Berges hat mehr potentielle Energie als ein Berg, der 60 cm über dem Meeresspiegel liegt.
Andere Beispiele für Systeme, die potentielle Energie speichern, sind elektrisch geladene Teilchen nahe oder weit von einer anderen Ladung und ein Gummiball, der gequetscht oder gedehnt werden kann.
Die potentielle Energie U eines Körpers irgendwann ist definiert als die Arbeit, die auf das Objekt durch eine zusätzliche Kraft ausgeübt wird, um es von einer Referenzposition zu seiner aktuellen Position zu bewegen. Dieser Referenzpunkt wird als "Nullpunkt" der potentiellen Energie bezeichnet.
Es gibt verschiedene Arten potentieller Energie, einschließlich potentieller Gravitationsenergie in einem gleichförmigen Feld oder aufgrund von zwei Punktmassen, elektrischer potentieller Energie wegen einer Punktladung oder in einem gleichförmigen Feld, magnetischer potentieller Energie unddas pin einer gedehnten oder komprimierten Feder gespeicherte potentielle Energie.
Interessante Fakten über kinetische Energie
Kinetische Energie spielt bei allen Bewegungsarten eine Rolle.
- Kinetische Energie wird bei der Entwicklung verschiedener Arten von Alternativen verwendet und Erneuerbare Energien-basierte Innovationen,die Bewegung von Fahrradpedalen kann verwendet werden, um Energie für Scheinwerfer zu liefern, Windmühlen erzeugenWindkraft durch Bewegung, Wasserkraftwerke nutzen Energie aus fließendem Wasser, um Strom zu erzeugen. Eine weitere innovative Erfindung ist die kinetische Tanzfläche das Energie aus den Schritten speichert, die auf seine Oberfläche fallen und diese Energie zur Stromerzeugung verwenden.
- Wissenschaftler suchen auch nach Möglichkeiten, die kinetische Energie aus den Vibrationen in Haushaltsgeräten und Geräten wie Geschirrspülern, Entsaftern, Mühlen, Smartphones, Waschmaschinen, MP3-Playern usw. zu speichern.
- Die Bewegung des Wassers im Fluss erzeugt ständig die Bewegungsenergie, aber wenn ein Damm errichtet wird, um den Fluss des Flusses zu verhindern, dann wird diese kinetische Energie sowohl zur Stromerzeugung durch Arbeit verwendet als auch in der Form gespeichert storedder potentiellen Energie in einem Reservoir.
- Das Wort 'kinetisch' stammt vom griechischen Wort 'kinese', was Bewegung bedeutet, und der Ursprung der beiden Energieformen Potential und kinetisch wird auch in den Prinzipien von erwähntWirklichkeit und Potentialität vorgeschlagen vom großen griechischen Philosophen Aristoteles. Der Begriff "kinetische Energie" wurde jedoch erstmals 1850 vom englischen Physiker Baron Kelvin Sir William Thomson und ein paar Jahren später vom schottischen Ingenieur geprägtWilliam Rankine vorgestellt das Wort 'potentielle Energie'.
- Vor kurzem hat ein Luft- und Raumfahrtingenieur namens Tom Stanton ein einzigartiges Experiment mit seinem Fahrrad durchgeführt. Er entwickelte ein auf Schwungrad basierendes kinetisches Energierückgewinnungssystem, an seinem Fahrrad befestigt. Diese Innovation kann viele Anwendungen haben, wenn es um die Energiespeicherung geht.
- Achterbahnen sind sowohl lustig als auch beängstigend, und die verrückte Erfahrung, die Sie auf ihnen machen, ist das Ergebnis einer Übertragung zwischen potentieller Energie und kinetischer Energie. Wenn Sie sich auf der maximalen Höhe in a befinden Achterbahn, Sie erreichen die maximale potentielle Energie zusätzlich zur Angst und wenn Sie sich nach unten bewegen, ist es die kinetische Energie, die den ganzen Nervenkitzel bringt.
Jeden Tag erleben wir kinetische Energie auf vielfältige Weise und es ist fast unmöglich, die Auswirkungen dieses bewegungsgetriebenen Phänomens auf unser Leben zu übersehen.