Kalkulator energii kinetycznej

Nasz kalkulator energii kinetycznej jest narzędziem, które pomaga oszacować energię ruchu postępowego. Jest on oparty na wzorze na energię kinetyczną, który ma zastosowanie do każdego obiektu w ruchu pionowym lub poziomym.

W poniższym artykule wyjaśnimy:

• Czym jest energia kinetyczna.
• Jak wykorzystuje się wzór na energię kinetyczną.
• Definicję energii kinetycznej.
• Jakie są niektóre popularne jednostki energii kinetycznej.
• Jaka jest różnica między energią potencjalną i kinetyczną.
• Jak można zastosować twierdzenie praca-energia.
• Jak równania ciśnienia dynamicznego i energii kinetycznej są ze sobą powiązane.

Encyklopedia podaje następującą definicję energii kinetycznej:

Energia kinetyczna obiektu to energia, którą posiada on dzięki swojemu ruchowi. Definiujemy ją jako pracę potrzebną do przyspieszenia ciała o danej masie od spoczynku do zadanej prędkości. Uzyskawszy tę energię podczas przyspieszania, ciało zachowuje swoją energię kinetyczną, o ile nie zmieni się jego prędkość. Taką samą ilość pracy wykonuje ciało podczas zwalniania z aktualnej prędkości do stanu spoczynku.

Energia kinetyczna to energia obiektu w ruchu. Dostarcza ona informacji o tym, jak masa obiektu wpływa na jego prędkość. Posłużmy się przykładem. Jeśli włożysz ten sam silnik do ciężarówki i niewielkiego samochodu osobowego, to ten pierwszy nie może osiągnąć takiej samej prędkości jak ten drugi — ze względu na swoją masę. Innym przykładem energii kinetycznej jest siła ciosu człowieka, gdzie energia gromadzi się w ciele i przenosi poprzez takie uderzenie. Możesz łatwo to wyliczyć, korzystając z naszego kalkulatora energii kinetycznej.

Wzór na energię kinetyczną określa związek między masą obiektu a jego prędkością. Równanie energii kinetycznej wygląda następująco:

Ek = 0,5 · m · V²

gdzie:

• Ek — Energia kinetyczna,
• m — Masa, oraz
• V — Prędkość.

Mając wzór na energię kinetyczną, można oszacować, ile energii potrzeba do poruszenia obiektu. Ta sama energia może być użyta do zredukowania prędkości obiektu, ale należy pamiętać, że prędkość we wzorze jest podniesiona do kwadratu. Oznacza to, że nawet niewielki wzrost prędkości zmienia energię kinetyczną o stosunkowo dużą wartość.

Tyle teorii. Co powiesz na to, aby wypróbować nasz kalkulator energii kinetycznej? Po wpisaniu masy i prędkości obiektu, nasze narzędzie wykona za Ciebie każde obliczenie. Co istotne, ten kalkulator działa także w drugą stronę — wystarczy wpisać dwie dowolne znane zmienne, a otrzymasz trzecią! Jeśli nie znasz prędkości obiektu, możesz ją również łatwo obliczyć za pomocą naszego kalkulatora prędkości.

Powinieneś jednak wiedzieć, że powyższy wzór nie uwzględnia efektów relatywistycznych, które stają się zauważalne przy większych prędkościach. Jeśli obiekt porusza się szybciej niż 1% prędkości światła (około 3 000 km/s, czyli 3 000 000 m/s), powinieneś użyć naszego relatywistycznego kalkulatora energii kinetycznej 🇺🇸.

Jednostki energii kinetycznej są dokładnie takie same jak dla każdego innego rodzaju energii. Najbardziej popularnymi i powszechnie stosowanymi jednostkami energii kinetycznej są:

• dżul (J), odpowiednik kg·m²/s² – jednostka układu SI,
• elektronowolt (eV),
• kaloria (cal),
• watogodzina (Wh), oraz
• funt-stopa (ft-lb) – jednostka imperialna.

Wszystkie te jednostki energii kinetycznej możemy łatwo przeliczać za pomocą następujących współczynników:

1 J = 6,242 · 10¹⁸ eV = 0,239 cal = 2,778 · 10⁻⁴ Wh = 0,7376 ft-lb

Jak widać, w zależności od skali, jednostki energii mogą się one różnić o wiele rzędów wielkości. Dlatego bardzo często wygodnie jest stosować notację naukową lub wyrażać je za pomocą przedrostka typu kilo- (kcal, kWh), Mega- (MeV) itp. Pamiętaj, że nie musisz się martwić o jednostki podczas korzystania z naszego kalkulatora energii kinetycznej: możesz wybrać dowolną z nich, wybierając z listy dowolną jednostkę, a wartość zostanie natychmiast przeliczona.

Energia potencjalna odnosi się do przyciągania grawitacyjnego wywieranego na obiekt w stosunku do tego, jak daleko musi on spaść. Gdy podnosimy obiekt, jego energia potencjalna wzrasta. Jeśli chcesz sprawdzić, czym jest energia potencjalna i jak ją obliczyć, skorzystaj z naszego kalkulatora energii potencjalnej.

Okazuje się, że energia kinetyczna i ilość pracy wykonanej w układzie są ze sobą ściśle powiązane, a ich związek opisuje twierdzenie o pracy i energii. Stwierdza ono, że praca wykonana przez wszystkie siły zewnętrzne jest równoważna zmianie energii kinetycznej:

W = ΔEk = Ek₂ - Ek₁

Zasadniczo istnieje kilka rodzajów energii kinetycznej:

1. Energia kinetyczna ruchu postępowego (translacji) — najbardziej znany typ energii kinetycznej. Związana jest z ruchem obiektu poruszającego się w określonym kierunku i drogą, którą pokonuje w danym czasie. Jest to rodzaj energii, który możesz oszacować za pomocą naszego kalkulatora energii kinetycznej.

2. Energia kinetyczna ruchu obrotowego (rotacji) — jak sama nazwa wskazuje, uwzględnia ona ruch ciała wokół osi. Sprawdź kalkulator rotacyjnej energii kinetycznej 🇺🇸 stworzony przez Omni, aby poznać dokładny wzór.

3. Energia kinetyczna ruchu drgającego (wibracyjna, oscylacyjna) — może być zwizualizowana jako sytuacja, gdy cząsteczka porusza się tam i z powrotem wokół punktu równowagi (w przybliżeniu jest to ruch harmoniczny). W zależności od rodzaju struktury, można ją przedstawić jako rozciąganie, skręcanie lub zginanie.

W skali mikroskopowej wszystkie te przykłady energii kinetycznej są przejawami energii cieplnej, która wzrasta wraz ze wzrostem temperatury.

Wzór na ciśnienie dynamiczne (wywołane przepływem płynu) jest następujący:

p = ρ · v² / 2

Równanie to wygląda bardzo podobnie do równania energii kinetycznej, ponieważ zastępujemy masę gęstością (co nie jest przypadkiem). Inna nazwa ciśnienia dynamicznego to energia kinetyczna na jednostkę objętości; analogicznie, gęstość to masa zawarta w danej objętości. Przy odrobinie wyobraźni możesz użyć naszego kalkulatora energii kinetycznej, aby oszacować ciśnienie dynamiczne danej cieczy. Jeśli zastąpisz masę w kg gęstością w kg/m³, wtedy możesz myśleć o wyniku w dżulach J jako o ciśnieniu dynamicznym w Paskalach Pa.

Siedzisz i słuchasz lekcji fizyki, gdy nauczyciel mówi, że energia kinetyczna obiektu jest równa 1 J. Zastanawiasz się — to dużo czy mało? Kluczową informacją jest to, o jakim obiekcie mówa. Przyjrzyjmy się kilku przykładom obliczeń energii kinetycznej, aby zapoznać się z różnymi rzędami wielkości:

1. Niektóre z najwyższych energii cząstek wytwarzanych przez fizyków (np. protony w Wielkim Zderzaczu Hadronów, LHC) osiągają energię kinetyczną rzędu kilku TeV. Mówi się, że jest ona porównywalna z energią kinetyczną komara. Robi to wrażenie, dopiero gdy uświadomimy sobie ogromną liczbę cząsteczek w jednym takim owadzie. Jeśli jednak podamy wartość w dżulach, to wynik jest rzędu 1 μJ. Na tej podstawie można stwierdzić, że pojedyncza cząsteczka o energii kinetycznej 1 J jest wyjątkowo wysokoenergetyczna i z pewnością nie zostanie w najbliższym czasie wyprodukowana przez ludzkość.

2. Rozważmy pocisk o masie 5 g, poruszający się z prędkością 1 km/s. Jego energia kinetyczna jest równa 2500 J, znacznie powyżej 1 J, z powodu dużej prędkości. Jest to główna przyczyna, dla której pociski powodują dużo szkód podczas uderzania w różne obiekty. Użyj kalkulatora energii kinetycznej, aby dowiedzieć się, jak szybko ten sam pocisk będzie musiał się przemieszczać, aby jego energia wyniosła 1 J. Podpowiadamy — jest to prędkość około 20 m/s. Cóż, nadal będzie to bolesne jeśli taki pocisk uderzy w ciało, ale na pewno nie spowoduje on niczego poważniejszego niż siniak.

3. Statek waży 50 000 ton i może poruszać się z prędkością 10 węzłów. Użyjmy przelicznika prędkości 🇺🇸, by stwierdzić, że jest to około 5,1 m/s. Jego energia kinetyczna wynosi wtedy mniej więcej 661 MJ. Ta wielka liczba jest głównie konsekwencją jego imponującej masy.