物理动能守恒简易公式(机械能守恒定律与动能定理有什么关系呢)

在我们的实际生活中,如果你把一个小球从高出抛出,当小球离地面的高度越来越小时,小球的速度也会越来越大,从这个简单的实际生活的现象中,我们不妨想想,为什么小球离地面的高度越来越小时,小球的速度会越来越大呢?

物理动能守恒简易公式(机械能守恒定律与动能定理有什么关系呢)(1)

换一句话说,小球在下落的过程中,是什么转化为小球的动能呢?毕竟,小球的动能Ek=1/2MV²,也就是说,小球的速度越大,小球所获得的动能也就越大,而小球在最开始的时候,由于它的速度为零,故而在跑出去的一瞬间,小球的动能也为零。那么,小球的动能增加是由什么能转化的呢?

物理动能守恒简易公式(机械能守恒定律与动能定理有什么关系呢)(2)

在自由落体的运动中,小球只受到了重力的作用,且只有重力对小球做功。由于小球的高度在减少,故而重力对小球所做的功为正。如果以地面为参考点的话,当小球碰撞到地面的一瞬间,小球的重力势能也就全部的转化为动能了。根据物理学识可得,小球在离地面高度为H的地方下落到地面时,就有MgH=1/2MV²。也就是说,重力所做的功全部转化为小球的动能了,这就是物理学中的动能定理。

物理动能守恒简易公式(机械能守恒定律与动能定理有什么关系呢)(3)

将这个物理定理进行延伸,就可发现,小球在离高度为H的地面其动能为零,也就是Ek1=0,而小球在与地面碰撞的一瞬间,此时的小球的重力势能也为零,即Ep2=0。因此,我们就可以将动能定理进行如下的变化。

Ep1-Ep2=Ek2-Ek1,其中Ep表示小球的重力势能,Ek表示小球的动能。通过这个等式就不难看出,小球重力势能的减少量等于小球动能的增加量。进一步将此等式变形为Ep1 Ek1=Ep2 Ek2。此时,小球最初的机械能与末了的机械能就被巧妙的划上了等号。此等式就是物理学中著名的定律,即机械能守恒定律。

物理动能守恒简易公式(机械能守恒定律与动能定理有什么关系呢)(4)

机械能守恒定律是能量守恒中最简单的定律之一,它只包括势能与动能之间的转换,不包括物体还发生内能、化学能、生物能转换中。在机械能守恒定律中,我们首先要明白的是,物体做的机械运动,也就是简单的直线与曲线运动。

物理动能守恒简易公式(机械能守恒定律与动能定理有什么关系呢)(5)

第二,机械能守恒定律只适用于物体受到重力或弹力的情况下,或物体受到的其它外力为零,或其它外力对物体不做功方能使用机械能进行解决物理问题。也就是说,只有重力势能或弹性势能转化为物体的动能时,物体的机械能才能守恒。

在这里需要注意的是,一个人用手拉着一根弹簧测力计,然后勾住一个物体时,此弹簧测力计的读数为20N。当这个人缓慢的将弹簧测力计与物体共同下落时,此时物体的机械能守恒吗?

物理动能守恒简易公式(机械能守恒定律与动能定理有什么关系呢)(6)

这就是一个很容易将机械能运动错误的经典案例,从表面上看,物体只受到了重力,以及20N的拉力。当物体处于静止状态时,这个20N的拉力就是物体的重力。而此时整个系统中,不仅有重力的存在,还有人的拉力,在物体向下运动的过程中,人的拉力对物体(系统)是有做功的,固然,此物体(系统)中机械能是不守恒的。

物理动能守恒简易公式(机械能守恒定律与动能定理有什么关系呢)(7)

从上面的分析可知,动能定理是机械能守恒定律的基础,而机械能守恒定律却又是特殊的动能定理的一种形式,这就是二者之间的巧妙关系。

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