La legge di conservazione dell'energia: spiegazioni, formule e problemi di esempio

La legge di conservazione dell'energia afferma che l'energia non può essere creata o distrutta, ma può cambiare da una forma di energia a un'altra.

Le attività che facciamo ogni giorno sono cambiamenti di energia da una forma all'altra.

Secondo la definizione del dizionario Cambridge, l'energia è il potere di svolgere un lavoro che produce luce, calore o movimento o carburante o elettricità utilizzati per l'alimentazione.

Ad esempio, quando mangiamo, convertiamo l'energia chimica del cibo nell'energia che usiamo per muoverci. Tuttavia, l'energia non cambierà quando siamo fermi. L'energia continuerà ad esistere. Quello che segue è il suono della legge di conservazione dell'energia.

Comprensione della legge di conservazione dell'energia

"La quantità di energia in un sistema chiuso non cambia, rimarrà la stessa. Questa energia non può essere né creata né distrutta, ma può cambiare da una forma di energia a un'altra "

Il fondatore di una legge di conservazione dell'energia è James Prescott Joule, uno scienziato inglese nato il 24 dicembre 1818.

La legge di conservazione dell'energia meccanica  è la somma dell'energia cinetica e dell'energia potenziale. L'energia potenziale è l'energia presente in un oggetto perché l'oggetto si trova in un campo di forza. Nel frattempo, l'energia cinetica è l'energia causata dal movimento di un oggetto che ha massa / peso.

Quanto segue è la scrittura della formula per le due energie.

Informazione

E _K = Energia cinetica (Joule)

E _P = Energia potenziale (Joule)

m = Massa (Kg)

v = Velocità (m / s)

g = gravità (m / s2)

h = altezza dell'oggetto (m)

Tutte le unità per una quantità di energia sono Joule (SI). Inoltre, in energia potenziale, il lavoro di questa forza è uguale alla variazione negativa dell'energia potenziale del sistema.

D'altra parte, un sistema che sta subendo un cambiamento di velocità, lo sforzo totale che agisce su questo sistema è uguale al cambiamento di energia cinetica. Poiché la forza lavoro è solo una forza conservatrice, lo sforzo totale sul sistema sarà uguale alla variazione negativa dell'energia potenziale.

Se combiniamo questi due concetti, appare uno stato in cui la somma dei cambiamenti nell'energia cinetica e dei cambiamenti nell'energia potenziale è uguale a zero.

Dalla seconda equazione, si può vedere che la somma delle energie cinetiche e potenziali iniziali è uguale alla somma delle energie cinetiche e potenziali finali.

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La somma di questa energia è chiamata energia meccanica. Il valore di questa energia meccanica è sempre costante, a condizione che la forza che agisce sul sistema sia una forza conservativa.

La formula per la legge di conservazione dell'energia

Ogni energia totale nel sistema (cioè energia meccanica) deve essere sempre la stessa, quindi l'energia meccanica prima e dopo ha la stessa grandezza. In questo caso può essere espresso come

Esempio di legge di conservazione dell'energia

1. Frutto su un albero caduto

Quando il frutto è sul pohom, si fermerà. Questo frutto avrà energia potenziale a causa della sua altezza dal suolo.

Ora se il frutto cade dall'albero, l'energia potenziale inizierà a essere convertita in energia cinetica. La quantità di energia rimarrà costante e sarà l'energia meccanica totale del sistema.

Appena prima che il frutto tocchi il suolo, l'energia potenziale totale del sistema diminuirà fino a zero e avrà solo energia cinetica.

2. Centrale idroelettrica

L'energia meccanica dell'acqua che cade dalla cascata viene utilizzata per far girare le turbine sul fondo della cascata. Questa rotazione della turbina viene utilizzata per generare elettricità.

3. Motore a vapore

I motori a vapore funzionano con il vapore che è energia termica. Questa energia termica viene convertita in energia meccanica che viene utilizzata per far funzionare la locomotiva. Questo è un esempio di conversione dell'energia termica in energia meccanica

4. Mulini a vento

L'energia cinetica del vento fa ruotare le pale. I mulini a vento convertono l'energia cinetica del vento in energia elettrica.

5. Pistola per freccette giocattolo

La pistola per dardi ha una molla che può immagazzinare energia elastica quando è in una posizione compressa.

Questa energia verrà rilasciata quando la molla si allunga, facendo muovere la freccia. Convertendo così l'energia elastica della molla in energia cinetica della freccia in movimento

6. Gioco delle biglie

Quando si gioca con le biglie, l'energia meccanica delle dita viene trasferita alle biglie. Questo fa sì che la biglia si muova e percorra una certa distanza prima che si fermi.

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Esempio di legge di conservazione dell'energia

1. Yuyun ha lasciato cadere una chiave del motore da un'altezza di 2 metri in modo che la chiave mobile cadesse liberamente sotto la casa. Se l'accelerazione dovuta alla gravità in quel punto è di 10 m / s2, la velocità chiave dopo essersi spostati di 0,5 metri dalla posizione iniziale è

Spiegazione

h ₁ = 2 m, v ₁ = 0, g = 10 m / s2, h = 0,5 m, h ₂ = 2 - 0,5 = 1,5 m

v ₂ =?

Basato sulla legge di conservazione dell'energia meccanica

Em ₁ = Em ₂

Ep ₁ + Ek ₁ = Ep ₂ + Ek ₂

mgh ₁ + ½ mv ₁ 2 = mgh ₂ + ½ m.v ₂ 2

m. 10 (2) + 0 = m. 10 (1,5) + ½m.v ₂ 2

20 m = 15 m + ½ m. V ₂ 2

20 = 15 + ½ v ₂ 2

20-15 = ½ v ₂ 2

5 = ½ v ₂ 2

10 = v ₂ 2

v ₂ = √10 m / s

2. Un blocco scorre dalla sommità di un piano inclinato scivoloso per arrivare alla base del piano inclinato. Se la parte superiore del piano inclinato si trova ad un'altezza di 32 metri sopra la superficie del pavimento, la velocità del blocco quando arriva alla base del piano è

Spiegazione

h ₁ = 32 m, v ₁ = 0, h ₂ = 0, g = 10 m / s2

v ₂ =?

Secondo la legge di conservazione dell'energia meccanica

Em ₁ = Em ₂

Ep ₁ + Ek ₁ = Ep ₂ + Ek ₂

mgh ₁ + ½ mv ₁ 2 = mgh ₂ + ½ m.v ₂ 2

m. 10 (32) + 0 = 0 + ½ m.v ₂ 2

320 m = ½ m.v ₂ 2

320 = ½ v ₂ 2

640 = v ₂ 2

v ₂ = √640 m / s = 8 √10 m / s

3. Una pietra avente una massa di 1 Kg viene lanciata verticalmente verso l'alto. Quando l'altezza è a 10 metri dal suolo ha una velocità di 2 m / s. Qual è l'energia meccanica del mango in quel momento? Se g = 10 m / s2

Spiegazione

m = 1 kg, h = 10 m, v = 2 m / s, g = 10 m / s2

Secondo la legge di conservazione dell'energia meccanica

E _M = E _P + E _K

E _M = mgh + ½ m v2

E _M = 1. 10. 10 + ½. 1. 22

E _M = 100 + 2

E _M = 102 joule

Questa è la descrizione della legge di conservazione dell'energia e dei suoi problemi e applicazioni nella vita quotidiana. Si spera utile.