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オブジェクトの機械的エネルギーをどのように計算しますか?

機械的エネルギーは、オブジェクトのポテンシャルエネルギーと運動エネルギーの合計です。計算方法は次のとおりです。

1。ポテンシャルエネルギー(PE)

* 重力ポテンシャルエネルギー: これは、基準点(通常は地面)に対する位置のためにオブジェクトが所有するエネルギーです。

*式:PE =MGH

* m =オブジェクトの質量(kg)

* G =重力による加速(9.8 m/s²)

* h =基準点(m)の上の高さ

* 弾性ポテンシャルエネルギー: これは、伸びたスプリングのように、変形した弾性オブジェクトに保存されたエネルギーです。

*式:PE =(1/2)kx²

* k =スプリング定数(n/m)

* x =平衡位置からの変形(m)

2。運動エネルギー(KE)

*これは、その動きのためにオブジェクトが所有するエネルギーです。

*式:KE =(1/2)mV²

* m =オブジェクトの質量(kg)

* v =オブジェクトの速度(m/s)

3。総機械エネルギー(ME)

*オブジェクトの総機械エネルギーを計算するには、ポテンシャルエネルギーと運動エネルギーを追加するだけです。

* me =pe + ke

例:

質量2 kgのボールが10 m/sの初期速度で垂直方向に上向きに投げられると想像してください。その機械的エネルギーをその軌跡の最高点で計算しましょう。

* 最高点で:

*ボールの速度はゼロ(v =0 m/s)なので、Ke =0です。

*ボールの高さは最大(h =最大)ので、この高さを見つける必要があります。

*運動学的方程式の使用:v²=u² + 2as、ここでu =初期速度、a =重力による加速度(下方に作用するため負)、s =height。

*取得:0²=10² + 2(-9.8)h

* Hを解くと、H≈5.1mが見つかります。

* PE =MGH =2 kg * 9.8 m/s² * 5.1m≈100j(ジュール)

* したがって、最高点の総機械エネルギーはme =pe + ke =100 j + 0 j =100 j。

重要な注意:

*機械的エネルギーは、摩擦や空気抵抗などの非保守的な力が存在しない限り、閉じたシステム(それに作用する外力はありません)で保存されます。

*現実世界のシナリオでは、これらの力のために機械的エネルギーが保存されないことが多く、熱や音としてのエネルギー散逸につながります。

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