Кинетическая энергия: формула, определение простыми словами, обозначение, единица измерения, свойства, задачи с решением, тема по физике для 7 класса

Кинетическая энергия – одна из основных тем механики, изучаемая в самом начале школьного курса физики, с которой человек сталкивается на протяжении всей жизни. Без кинетической энергии невозможно кататься на велосипеде, играть в мяч и летать в космос. Давайте узнаем, что же такое кинетическая энергия, для чего она нужна, а также как ее вычислить.

Определение кинетической энергии

Кинетическая энергия – это энергия движения (от греческого слова «кинема» – «движение»). Действие этой энергии встречается повсеместно. Например, в ветряных генераторах или гидроэлектростанциях. Поскольку это энергия движения, то зависит она от скорости и массы движущегося тела.

Полезная информация о кинетической энергии

Телефон на кинетической энергии	Пусть кинетические телефоны еще не вошли в нашу жизнь, но они уже находятся на этапе создания! По задумке разработчиков, такие аппараты должен заряжаться от кинетической энергии, производимой касанием пальцев, или работать от движения телефона в пространстве.
Подъем самолета в небо	Взлетают самолеты не без помощи кинетической энергии. Покоряя воздушное пространство, самолетам (как и другим воздушным судам) приходится преодолевать различные силы сопротивления. В этом им помогает кинетическая энергия.
Движение автомобиля	При торможении кинетическая энергия автомобиля переходит в силу инерции, а при повороте превращается в центробежную силу. Поэтому во время езды на автомобиле нужно помнить о действии кинетической энергии, дабы не допустить аварию.

Как обозначается кинетическая энергия

В физике энергия обозначается буквой E. Поскольку видов энергии несколько, чтобы не было путаницы, каждый вид энергии обозначается небольшим индексом. Так, например, кинетическая энергия обозначается буквой E с индексом к – Ek.

Единица измерения

Все виды энергии измеряются в джоулях. Кинетическая энергия не исключение. Поскольку она зависит от массы и скорости, то при вычислении можно получить очень большие числа (масса тела, как и скорость, может быть огромной). Чтобы не путаться в цифрах, удобнее всего переводить джоули в килоджоули, килоджоули в мегаджоули и так далее. Килоджоули записываются как кДж, мегаджоуль – МДж.

1 Дж = 0,001 кДж
1 кДж = 1 000 Дж
1 МДж = 1 000 000 Дж

Формула кинетической энергии

Вычислить кинетическую энергию можно по формуле:

\({\mathrm E}_{\mathrm k}\;=\;\frac{\mathrm{mV}^2}2,\;\mathrm{где}\;\mathrm m\;–\;\mathrm{масса}\;\mathrm{тела},\;\\\mathrm V^2\;–\;\mathrm{скорость}\;\mathrm{тела},\;\mathrm{возведенная}\;\mathrm в\;\mathrm{квадрат}.\)

Несмотря на простоту формулы, вычисляли ее долгим и упорным трудом. Первый ученый, кто предложил учитывать взаимосвязь между энергией и скоростью тела, был Готфрид Лейбниц. Он высказал мысль о том, что кинетическая энергия пропорциональна квадрату скорости, однако эта идея отвергалась многими людьми, поскольку она противоречила закону сохранения импульса. Впоследствии было признано, что энергия и импульс, будучи разными сущностями, могут сохранятся по одинаковому принципу. Так мир пришел к формуле кинетической энергии.

Свойства кинетической энергии

Кинетическая энергия обладает различными свойствами.

Кинетическая энергия не зависит от положения точки и направления ее скорости.
Если рассматривать кинетическую энергию как функцию, то она будет конечной и непрерывной.
Кинетическая энергия не отрицательна.
Вся энергия в мире никуда не пропадает и ниоткуда не берется: кинетическая энергия переходит в потенциальную, а потенциальная – в кинетическую.

Задачи на кинетическую энергию с решением

Давайте вместе решим две задачи на кинетическую энергию.

Задача 1

Владислав решил купить новую машину. Он поехал в салон и выбрал красивую иномарку. Посмотрев документы на авто, Влад заметил, что масса выбранной машины 1900 кг. «Впечатляет!» – подумал он и тут же ее купил. Владислав сел в машину и отправился домой. Приехав, Влад решил вспомнить, с какой скоростью он ехал на новой машине. Оказалось, что максимальная скорость составила 90 км/ч, а минимальная – 72 км/ч. Найдите разность между максимальной и минимальной кинетической энергией автомобиля.

Решение

Чтобы вычислить изменение энергии, нужно найти максимальную и минимальную кинетическую энергию. Для этого используем формулу:

\({\mathrm E}_{\mathrm k}\;=\;\frac{\mathrm{mV}^2}2\)

Поскольку в условии задачи скорость дана в километрах в час, переведем ее в метры в секунду согласно международной системе СИ.

V₁ = 90 км/ч = 25 м/с
V₂ = 72 км/ч = 20 м/с

Теперь найдем максимальную кинетическую энергию:

\(\style{font-family:Arial}{{\mathrm E}_{\mathrm k1}\;=\;\frac{\mathrm{mV}^2}2=\frac{1900\;\mathrm{кг}\;\cdot\;25^2\mathrm м/\mathrm с}2=593750\;\mathrm{Дж}}\)

Теперь найдем минимальную:

\(\style{font-family:Arial}{{\mathrm E}_{\mathrm k2}\;=\;\frac{\mathrm{mV}^2}2=\frac{1900\;\mathrm{кг}\;\cdot\;20^2\mathrm м/\mathrm с}2=380000\;\mathrm{Дж}}\)

Теперь найдем разницу между ними:

\(\style{font-family:Arial}{{{\mathrm E}_{\mathrm k1}}_{}–\;{{\mathrm E}_{\mathrm k2}}_{}=\;593750\;\mathrm{Дж}\;–\;380000\;\mathrm{Дж}\;=\;213\;750\;\mathrm{Дж}\;}\)

Ответ: 213 750 Дж или 213,75 кДж.

это интересно

Закон Кулона

Что это такое и как применяется на практике один из фундаментальных законов физики

подробнее

Задача 2

Гарри Поттер решил сыграть в Квиддич вместе со своими друзьями. Увы, во время игры команда противника решила нарушить правила и использовать против Гарри запрещенный прием – прихват (захват хвоста метлы соперника, чтобы замедлить его полет или создать для него помехи). Ничего не подозревающий Поттер был не готов к такому, поэтому свалился с метлы на игровое поле. Вычислите кинетическую энергию Гарри Поттера в момент падения, если его масса равна 50 кг, а время падения 2,4 с. Ускорение свободного падения считать равным 10.

Решение

Для начала вспомним формулу нахождения кинетической энергии:

\({\mathrm E}_{\mathrm k}\;=\;\frac{\mathrm{mV}^2}2\)

Масса нам известна, но про скорость ничего в условии задачи не сказано. Поэтому найдем скорость. Для нахождения скорости воспользуемся простой формулой V=g*t, где g – ускорение свободного падения, а t – время падения. Подставим известные значения:

\(\style{font-family:Arial}{\mathrm V\;=\;10\;\mathrm м/\mathrm с^2\;\cdot\;2,4\;\mathrm c=\;25\;\mathrm м/\mathrm с\;}\)

Теперь скорость нам известна, остается подставить имеющиеся данные в формулу для нахождения кинетической энергии:

\(\style{font-family:Arial}{{\mathrm E}_{\mathrm k}\;=\;\frac{\mathrm{mV}^2}2=\frac{50\;\mathrm{кг}\;\cdot\;24^2\mathrm м/\mathrm с}2=14400\;\mathrm{Дж}}\)

Ответ: 14 400 Дж или 14,4 кДж.

5 тем по физике с простыми объяснениями

Зная содержание этих статей, можно без страха отправляться на любую контрольную.

Определение и формула силы тока
Сколько существует видов механического движения
Что такое мощность простыми словами
О чем говорит Закон Джоуля Ленца
Сила трения и от чего она зависит

Популярные вопросы и ответы

Отвечает Наталия Парфентьева, заведующая кафедрой общей и прикладной физики НИУ «Московский государственный строительный университет», кандидат физико-математических наук

Какие есть примеры тел, которые обладают кинетической энергией?

Труднее найти тела, которые не обладают кинетической энергией. Кинетическая энергия – это энергия, которой обладает движущееся тело. Механическое движение – это изменение положения тела в пространстве относительно других тел. Ключевыми словами в этом определении являются слова «относительно других тел». Человек стоит на переходе через улицу, относительно дороги он неподвижен, его кинетическая энергия равна нулю, но относительно проезжающих мимо него машин он движется со скоростями, равными скоростям машин.

Кинетическая энергия у человека зависит от скорости той машины, относительно которой мы рассматриваем движение человека. Вода в реке, лодка, плывущая по течению, планер, парящий в воздухе, лыжник, несущийся с горы – все эти тела обладают кинетической энергией, если их движение рассматривать относительно земли. Однако же кинетическая энергия лодки, плывущей со скоростью течения, если ее движение рассматривать относительно воды, равна нулю.

Пригодятся ли формулы вычисления кинетической энергии на ЕГЭ?

Знание формулы для кинетической энергии тела необходимо для сдачи ЕГЭ. Многие задачи динамики гораздо проще решаются при использовании теоремы об изменении кинетической энергии. Кроме этого, выражение для кинетической энергии входит в формулировку закона сохранения механической энергии, частного случая великого закона природы – закона сохранения энергии.

Почему в 7 классе на физике начинают изучать кинетическую энергию?

Понятие энергии известно детям с 7 класса. Они понимают, что чем быстрее они бегут, тем сложнее остановиться. Мы вводим понятие энергии на уроках физики как одного из основных понятий, определяющих физические процессы – движение, удар, торможение и так далее. Механическая энергия характеризует способность совершить механическую работу. Понятие механической энергии в физике совпадает с нашим бытовым представлением об энергии. Мы говорим «Этот человек энергичный, то есть он может много всего сделать, активно работать».

Кинетическая энергия характеризует способность тела совершить работу благодаря движению. Вы хотите забить в доску гвоздь. Молоток лежит на гвозде – так гвоздь не забьешь, но если вы ударите молотком по гвоздю, он забьется именно благодаря кинетической энергии молотка. Вы с грустью смотрите на строительную площадку, на которой разрушается старый дом. Как его разрушают? На толстой цепи качается тяжелый шар, который бьет по стене, и с каждым новым ударом происходит все большее разрушение благодаря кинетической энергии шара. Вы хотите лодку причалить к берегу, перед этим вы ее разгоняете, чтобы она обладала большей кинетической энергией и на большее расстояние проехала по берегу и так далее. Вот на таком уровне с примерами мы вводим в 7 классе понятие кинетической энергии, и дети это легко понимают.