13) Energia kinetyczna.

Uczeń:

• zna pojęcie energii kinetycznej

• potrafi przeprowadzić dyskusję wzoru opisującego wartość energii kinetycznej

• samodzielnie rozwiązuje zadania z wykorzystaniem wiedzy o energii kinetycznej

1. Energia kinetyczna Energia jest to zdolność do wykonania pracy.

W życiu codziennym spotykamy się z różnymi rodzajami energii np. energią elektryczną, czy cieplną, jednak zdecydowanie najczęściej, choć może nie zdajemy sobie z tego sprawy, mamy do czynienia z energią mechaniczną, którą zajmiemy się w tym podrozdziale. Energia mechaniczna dzieli się na energię potencjalną i kinetyczną. Energia potencjalna jest związana z położeniem danego ciała, natomiast energia kinetyczna z jego ruchem.

Ciało posiada energię kinetyczną wtedy i tylko wtedy, gdy posiada prędkość. Załóżmy, że pędzący samochód uderza w drzewo. Jego energia kinetyczna została zużyta na zmianę kształtu samochodu i drzewa :)

Jej nazwa pochodzi od greckiego terminu „kineo” (ruch), jest ona związana z ruchem ciała.

Wartość energii kinetycznej jest równa pracy, jaką trzeba włożyć, aby rozpędzić ciało.

	Po wykonaniu pracy rozpędzone ciało będzie posiadało energię ruchu - „zgromadzoną” pracę rozpędzania. Energię tę można z kolei wykorzystać na wykonanie zmian w otoczeniu - np. rozpędzona kula kamienna wystrzelona ze średniowiecznego działa może zburzyć mur, kula tocząca się po torze rozrzuca kręgle, rozpędzona woda porusza łopatki turbiny itp. Energię kinetyczną obliczamy ze wzoru: Znaczenie symboli: v - prędkość ciała m - masa ciała Energia kinetyczna ciała jest równa połowie iloczyny masy tego ciała i kwadratu jego prędkości.
Od czego zależy energia kinetyczna?
Iną energię kinetyczną będzie miał samochód osobowy, a inną samochód ciężarowy. Inną będzie miał samochód osobowy jadący z prędkością 10 km/h, a inną jadący z prędkością 100 km/h. Możemy nasze przewidywania sprawdzić doświadczalnie.
Jak energia kinetyczna zależy od masy ciała? Im większa masa walca tym dalej przesunięty klocek. Im większa masa tym większa energia kinetyczna ciała.			Ustawiamy na stole dwa drewniane klocki, a naprzeciw metalowe walce. Nadajemy walcom jednakową prędkość. Po zderzeniu sprawdzamy który klocek został dalej przesunięty.
Jak energia kinetyczna zależy od prędkości ciała? Im większa prędkość tym dalej przesunięty klocek. Im większa prędkość tym większa energia kinetyczna ciała. Prędkość „znaczy” więcej, bo jest podniesiona do kwadratu. Energia kinetyczna zależy od układu odniesienia - w jednym układzie może być inna niż w drugim.		Ustawiamy na stole metalowy walec naprzeciw drewnianego klocka. Nadajemy walcowi pewną prędkość Po zderzeniu zaznaczamy kredą jakie nastąpiło przesunięcie. Wykonujemy te czynności kilka razy nadając różne prędkości walcowi.
Dlaczego energia kinetyczna rośnie bardziej ze wzrostem prędkości niż masy?
- wynika to z faktu, że praca związana z rozpędzaniem ciała o kolejny metr na sekundę jest większa dla ciał poruszających się szybko, niż dla tych wolnych. Tak musi być, bo praca, to siła razy droga, a przy szybkim ruchu i tej samej sile napędzającej, droga ta będzie większa. Fakt ten łatwo jest „poczuć” kierując samochodem - gdy chcemy wyprzedzać przy dużej prędkości wtedy moc silnika nie wystarcza już na tak sprawne przyspieszanie, jak przy małych prędkościach.

Zadanie 1 Oblicz energię kinetyczną samochodu o masie m = 1000kg , który przez czas t = 7 s poruszał się ruchem jednostajnie przyspieszonym prostoliniowym, bez prędkości początkowej z przyspieszeniem a = 2 m/s².

Zadanie 2 Samochód o masie m=1000kg rozpędza się do pewnej prędkości na drodze S=200m. Oblicz pracę siły nadającej przyspieszenie, jeżeli wiadomo, że wartość tego przyspieszenia a=m/s².

Zadanie 3 Pocisk o masie 0,01kg pędzący z szybkością720km/h przebił drewniane drzwi i leci dalej z szybkością 180km/h. Jaką pracę wykonał pocisk przebijając drzwi?

Wyprowadzenie wzoru na energię kinetyczną.  Ciało poruszało się pod wpływem stałej siły F i zostało przesunięte na drodze s poruszając się ruchem jednostajnie przyspieszonym. Wykonało więc pracę W, którą wyrażamy wzorem:  W=F*s Zgodnie z II zasadą dynamiki Newtona: F=m*a oraz wzorem określającym drogę w ruchu jednostajnie przyspieszonym: możemy zapisać: Po dokonaniu odpowiednich przekształceń oraz pamiętając, że V=a*t otrzymujemy wzór na pracę: Wykonana praca nad układem „zamienia” się w energię kinetyczną układu, stąd możemy powiedzieć, że W=Ek

---