De wet van behoud van energie: uitleg, formules en voorbeeldproblemen

De wet van behoud van energie stelt dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd, maar het kan veranderen van de ene vorm van energie naar de andere.

De activiteiten die we elke dag doen, zijn veranderingen in energie van de ene vorm naar de andere.

Volgens de definitie van het Cambridge-woordenboek is energie de kracht om werk te doen dat licht, warmte of beweging produceert of brandstof of elektriciteit die voor stroom wordt gebruikt.

Als we bijvoorbeeld eten, zetten we de chemische energie uit voedsel om in de energie die we gebruiken om te bewegen. De energie zal echter niet veranderen als we stil zijn. De energie zal blijven bestaan. Het volgende is het geluid van de wet van behoud van energie.

Inzicht in de wet van behoud van energie

"De hoeveelheid energie in een gesloten systeem verandert niet, het blijft hetzelfde. Deze energie kan niet worden gecreëerd of vernietigd, maar kan van de ene energievorm naar de andere veranderen "

De grondlegger van een wet op het behoud van energie is James Prescott Joule, een wetenschapper uit Engeland die op 24 december 1818 werd geboren.

De wet van behoud van mechanische energie  is de som van kinetische energie en potentiële energie. Potentiële energie is de energie die aanwezig is in een object omdat het object zich in een krachtveld bevindt. Ondertussen is kinetische energie de energie die wordt veroorzaakt door de beweging van een object met massa / gewicht.

Hier is het schrijven van de formule voor de twee energieën.

Informatie

E _K = kinetische energie (joule)

E _P = potentiële energie (joule)

m = massa (kg)

v = Snelheid (m / s)

g = zwaartekracht (m / s2)

h = hoogte van het object (m)

Alle eenheden voor hoeveelheden energie zijn Joules (SI). Bovendien is in potentiële energie het werk van deze kracht gelijk aan de negatieve verandering in de potentiële energie van het systeem.

Aan de andere kant, een systeem dat een verandering in snelheid ervaart, is de totale inspanning die op dit systeem werkt gelijk aan de verandering in kinetische energie. Omdat de werkende kracht slechts een conservatieve kracht is, zal de totale inspanning op het systeem ook gelijk zijn aan de negatieve verandering in potentiële energie.

Als we deze twee concepten combineren, ontstaat er een toestand waarin de totale verandering in kinetische energie en verandering in potentiële energie gelijk is aan nul.

Uit de tweede vergelijking kan worden opgemaakt dat de som van de aanvankelijke kinetische en potentiële energieën hetzelfde is als de som van de uiteindelijke kinetische en potentiële energieën.

Lees ook: Elements of Fine Art (VOLLEDIG): basisprincipes, afbeeldingen en uitleg

De som van deze energie wordt mechanische energie genoemd. De waarde van deze mechanische energie is altijd constant, op voorwaarde dat de kracht die op het systeem inwerkt een conservatieve kracht moet zijn.

De formule voor de wet van behoud van energie

Elke totale energie in het systeem (dwz mechanische energie) moet altijd hetzelfde zijn, dus de mechanische energie ervoor en erna heeft dezelfde grootte. In dit geval kan het worden uitgedrukt als

Voorbeeld van de wet van behoud van energie

1. Fruit aan een omgevallen boom

Als het fruit op de pohom zit, staat het stil. Deze vrucht heeft potentiële energie vanwege zijn hoogte vanaf de grond.

Als het fruit nu van de boom valt, zal de potentiële energie worden omgezet in kinetische energie. De hoeveelheid energie blijft constant en het is de totale mechanische energie van het systeem.

Net voordat het fruit de grond raakt, zal de totale potentiële energie van het systeem afnemen tot nul en zal het alleen kinetische energie hebben.

2. Waterkrachtcentrale

Mechanische energie van het water dat uit de waterval valt, wordt gebruikt om de turbines onderaan de waterval te laten draaien. Deze turbine-rotatie wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken.

3. Stoommachine

Stoommachines draaien op stoom, wat warmte-energie is. Deze warmte-energie wordt omgezet in mechanische energie die wordt gebruikt om de locomotief te laten rijden. Dit is een voorbeeld van het omzetten van warmte-energie in mechanische energie

4. Windmolens

De kinetische energie van de wind zorgt ervoor dat de wieken gaan draaien. Windmolens zetten de kinetische energie van de wind om in elektrische energie.

5. Speelgoedpijlpistool

Het dartpistool heeft een veer die elastische energie kan opslaan wanneer het in een samengedrukte positie is.

Deze energie komt vrij als de veer wordt uitgerekt, waardoor de pijl gaat bewegen. Zo wordt de elastische energie van de veer omgezet in kinetische energie van de bewegende pijl

6. Knikkerspel

Bij het spelen met knikkers wordt de mechanische energie van de vingers overgebracht op de knikkers. Hierdoor beweegt de knikker en legt hij een eind af voordat hij stopt.

Lees ook: Geleiders zijn - Beschrijvingen, tekeningen en voorbeelden

Voorbeeld van de wet van behoud van energie

1. Yuyun liet een motorsleutel vallen van een hoogte van 2 meter zodat de bewegende sleutel vrij onder het huis viel. Als de versnelling als gevolg van de zwaartekracht op die plaats 10 m / s2 is, dan is de sleutelsnelheid na 0,5 meter verplaatsen vanuit de beginpositie

Uitleg

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 =?

Gebaseerd op de wet van behoud van mechanische energie

Em ₁ = Em ₂

Ep ₁ + Ek ₁ = Ep ₂ + Ek ₂

mgh ₁ + ½ mv ₁ 2 = mgh ₂ + ½ mv ₂ 2

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

20 m = 15 m + ½m.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. Een blok glijdt van de bovenkant van een glad hellend vlak om bij de basis van het hellende vlak te komen. Als de bovenkant van het hellende vlak zich op een hoogte van 32 meter boven het vloeroppervlak bevindt, dan is de snelheid van het blok wanneer het onderaan het vlak aankomt

Uitleg

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

v ₂ =?

Volgens de wet van behoud van mechanische energie

Em ₁ = Em ₂

Ep ₁ + Ek ₁ = Ep ₂ + Ek ₂

mgh ₁ + ½ mv ₁ 2 = mgh ₂ + ½ mv ₂ 2

m. 10 (32) + 0 = 0 + ½m.v ₂ 2

320 m = ½m.v ₂ 2

320 = ½ v ₂ 2

640 = v ₂ 2

v ₂ = √640 m / s = 8 √10 m / s

3. Een steen met een massa van 1 kg wordt verticaal naar boven geworpen. Als de hoogte 10 meter vanaf de grond is, heeft hij een snelheid van 2 m / s. Wat is de mechanische energie van de mango op dat moment? Als g = 10 m / s2

Uitleg

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

Volgens de wet van behoud van mechanische energie

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

Dat is de beschrijving van de wet van energiebesparing en zijn problemen en toepassingen in het dagelijks leven. Hopelijk nuttig.