30(1) 2

i

i

7 Energia kinetyczn

i praca

.<CT-v;

Odpowiedź znajdziesz w tym rozdziale.

Podczas turnieju w podnoszeniu ciężarów na Igrzyskach Olimpijskich w 1 996 roku Andriej Czemerkin podniósł rekordowy ciężar o masie 260 kg, z pomostu nad głowę (czyli na wysokość około 2 m). W 1957 roku Paul Anderson, schyliwszy się, wszedł pod wzmocniony podest drewniany, oparł ręce na niskim stołku, a następnie naparł plecami na podest, podnoszgc go wraz z ładunkiem

0    około centymetr. Na podeście umieszczone były części samochodowe

1    kasa pancerna wypełniona ołowiem.

Całkowity ciężar ładunku wynosił 27 900 N (co odpowiada masie blisko 3000 kg)!

;j Energia

yy dynamiki Newtona umożliwiają analizowanie wielu rodzajów ruchu. Mo-być jednak bardzo skomplikowane i wymagać znajomości szczegółowych letrów ruchu, których często po prostu nie znamy. Oto przykład: krążek »-guj_e się bez tarcia po pochyłym torze, na którym jest wiele wzniesień dków (wzgórz i dolin) o różnym kształcie. Wartość prędkości początkowej a wynosi 4 m/s, a wysokość punktu początkowego jest równa 0,46 m. Czy z obliczyć prędkość krążka na końcu toru, gdzie jego wysokość jest równa ^iu korzystając z drugiej zasady dynamiki Newtona? W zasadzie tak. ale musisz dokładnie wiedzieć, jak zmienia się nachylenie toru wzdłuż całej drogi krążka, I obliczenia mogłyby być przy tym bardzo złożone.

Już dawno temu naukowcy i inżynierowie doszli do wniosku, że ruch można badać — często z doskonałym skutkiem - również w inny sposób. Metoda ta mogłaby być także użyteczna • - i laką się okazała - u innych zastosowaniach, nie związanych bezpośrednio z ruchem, jak badanie reakcji chemicznych, procesów geologicznych i funkcji biologicznych. W metodzie tej korzystamy z pojęcia energii, która może mieć wiele postaci (rodzajów). Termin energia ma w rzeczywistości lak szerokie znaczenie, że trudno jest podać jego klarowną delinicję. Technicznie rzecz biorąc, jest 10 wielkość skalarna, charakteryzująca stan (czyli warunki), w jakim znajduje się jedno lub wicie ciał. Ta definicja jest jednak tak ogólna, że nie na wicie nam się teraz przyda.

Zacznijmy zatem od nieco mniej precyzyjnej definicji, zgodnie z którą energia jest to liczba, którą przypisujemy stanowi jednego lub wielu ciał. Jeśli siła zmienia stan jednego z. ciał, na przykład wprawiając je w ruch, to liczba ta się *' zmienia. Po przeprowadzeniu niezliczonych doświadczeń naukowcy i inżynie-4 rowie stwierdzili, że jeżeli wartość energii będziemy przypisywać stanom ciała

w sposób dobrze przemyślany, to będziemy ją mogli zastosować do przewidywania wyników doświadczeń (na przykład dość łatwo jest wyznaczyć prędkość końcową krążka z podanego wyżej zadania). Jednakże sposób, w jaki należy powiązać wartość energii zc stanem ciała nie jest ani prosty, ani oczyw isty. W niniejszym rozdziale zajmiemy się zatem tylko jedną z postaci energii — energią kinetyczną. V. innymi rodzajami energii spotkasz się w dalszych częściach tej książki oraz podczas pracy w dziedzinie nauki lub techniki.

Energia kinetyczna h\ test to energia związana zc sianem radni ciała. Im szybciej ciało się porusza, tym większa jest jego energia kinetyczna. Gdy ciało pozostaje w spoczynku, jego energia-kinetyczna jest równa zeru.

Energię kinetyczną ciała o masie m. poruszającego się z prędkością o wartości u. znacznie mniejszej od prędkości światła, definiujemy jako:

r*    (    2

E_v =-• Łmv

(energia kinetyczna).

(7.1)

Na przykład kaczka o masie 3 kg. przelatująca obok nas z prędkością 2 m/s. ma energię kinetyczną 6 kg • nr/s², co oznacza, że tuką właśnie liczbę przypisujemy stanowi ruchu kaczki.

7.1. Energio

IIJWIWPIWW*, ^

¹VI