例子问题
例子问题1:工作、能量和力量
一个0.8公斤重的球从150米高的悬崖上静止下落。利用能量守恒求出球在撞到悬崖底部之前的垂直速度。
能量守恒方程是.
球从静止开始.它从150米的高度开始,所以.当球到达底部时,高度为0,因此,而且.能量守恒方程可以调整如下。
解出v。
例子问题1:工作、能量和力量
从休息开始,滑板者沿着25米的速度滑行o那是22米长的斜坡。利用能量守恒,计算滑板者到达底部时的速度。忽略摩擦。
能量守恒定律表明.
滑板者从休息开始;因此,而且.在斜坡底部,而且.
解出v。
使用三角函数,.
示例问题11:工作、能量和力量
一个保龄球是从离地面。它的速度是多少离地面?
相关方程:
确定球下落时的初始动能和势能。
当球下落时,确定最终动能和势能离地面。
利用能量守恒使初始和最终的能量和相等。
求出最终速度。
示例问题11:工作、能量和力量
质量的固体金属物体从静止的湖面上掉下来那是什么深。当物体下沉时,水对它施加阻力。如果阻力所做的总功是-,当物体撞击湖底的沙子时,它的速度是多少?
这是一个能量守恒问题。首先我们要求出重力做的功。可以使用:
已知阻力所做的功是这意味着功是向相反的方向做的。我们把两项功相加,得到净功,在块上做的净功。
由于这是一个能量守恒问题,我们设净功等于动能方程:
我们要求的物体的质量是多少.
例子问题1:能源
如果云霄飞车正在行驶当它在地面上,它的速度有多快离地面?
这是一个经典的能量守恒问题。我们知道势能和动能都要守恒。所以我们用下面的等式:
这个方程说的是,在不同高度和速度下动能和势能的总和是相同的。
我们可以通过消去所有的m项来化简这个方程。
我们知道所有的项,除了也就是我们要求的最终速度,这是,是而且是.
如果我们把所有的数代入并解出,我们得到.
例子问题1:动能
一辆重达2400公斤的列车从150米高的山顶上的休息处出发。当它到达山底时,它的速度是多少,假设山底是参考高度。
能量守恒定律表明:
如果汽车静止启动,那么初始动能= 0j。
如果汽车在参考高度结束,最终势能= 0 J。
将这些值代入,等式变为:
初始势能可由:
最终的动能方程为:
将初始势能和最终动能代入修正的能量守恒方程,得到:
例子问题151:力学考试
一个物体质量为5kg,其位置由给定函数描述:
物体两秒后的动能是多少?
动能由以下公式定义:
对位置函数求导可以得到速度函数:
现在我们可以确定两秒后的速度:
现在我们知道了速度,我们可以解出动能。
例子问题151:力学考试
物体从静止开始,以某一速率加速.如果物体的质量是10kg, 3秒后它的动能是多少?
动能由以下公式给出:
我们可以用给定的加速度和时间求出速度:
用这个速度求3秒后的动能
示例问题161:力学考试
一个120公斤重的箱子的动能是2300J。它的速度是多少?
物体动能的公式为:
这个问题给出了质量和动能,并要求出速度,所以我们可以重新排列方程
用我们给定的动能和质量值来解:
例子问题1:势能
计算一下,如果有人把一个4公斤重的盒子放在垂直的弹簧上,弹簧能获得多少势能。设弹簧常数为120N/s。
首先,求出当把4公斤重的盒子放在弹簧上面时,弹簧压缩了多少。为了找到这个,考虑当盒子静止在弹簧上时作用在盒子上的力。作用于它的力是向上的弹簧力,,和向下的重力,;因此,作用在盒子上的合力由下式给出。
我们选择了向上的方向为正向下的方向为负。合力等于零,因为盒子是静止的。解出x。
然后用这个值求出弹簧的势能。
所以当盒子放在弹簧上时,弹簧获得6.5J的势能。