120. Ruch z tarciem - przemiany energii

1. Zjawiska

2. Wielkości

3. Prawa

4. Zadanie

5. Uproszczenia

Klocek spoczywa na poziomym stole w laboratorium na Ziemi.

Klocek ma masę m=(3,00±0,001)kg. Klocek został wprawiony w ruch i następnie utrzymywana była stała prędkość klocka.

Klocek ruchem jednostajnym prostoliniowym został przesunięty na odległość s=(2,00±0,01)m.

Współczynnik tarcia kinetycznego między klockiem a stołem jest stały i równa się f=0,25±0,01.

Obliczyć przyrost energii wewnętrznej układu stół-klocek w trakcie przesuwania ruchem jednostajnym prostoliniowym.

Zjawiska

Ruch

Tarcie

Cieplny przepływ energii

Wielkości

Masa

Przesunięcie

Siła

Ciężar

Siła nacisku

Współczynnik tarcia

Siła tarcia

Energia

„Energia jest wielkością fizyczną ciała lub układu ciał, która polega na zdolności ciała (układu) do wykonania pracy.” ^[1]

O energii mówi się i pisze bardzo dużo. Jednak trudno określić czym jest energia. Znacznie łatwiej jest zdefiniować i zmierzyć zmiany energii. Jeśli nad ciałem lub całym układem ciał zostanie wykonana praca przez siły zewnętrzne, to energia ciała (lub częściej całego układu) rośnie. W sytuacji, gdy ciało wykona pracę nad innym ciałem, to energia tego ciała maleje. Wyróżniamy różne rodzaje energii – energię mechaniczną, energię wewnętrzną, energię fal, energię świetlną, energię promieniowania, energię jądrową, energię grawitacyjną, energię elektryczną, energię chemiczną. Jednostką energii jest dżul. Jest to bardzo mała jednostka w praktycznych zastosowaniach. Stosujemy wielokrotności dżula – kilodżule, megadżule, gigadżule, a także inne – kilowatogodziny i kalorie.

Energia wewnętrzna

„Energią wewnętrzną układu bardzo wielu cząsteczek nazywamy sumę energii kinetycznych ruchów cząsteczek (molekuł) ciała oraz energii potencjalnych ich wzajemnego oddziaływania.”^[2]

Dla gazów pod niskim ciśnieniem można pominąć energię potencjalną wzajemnego oddziaływania cząsteczek (drobin) gazu. Nie można jej pominąć, gdy gazy są sprężone – znajdują się pod dużym ciśnieniem czyli, gdy średnie odległości między drobinami gazu są mniejsze. W cieczach cząsteczki stykają się ze sobą, tak więc energia potencjalna wzajemnego ich oddziaływania jest duża i nie można jej pomijać. W cieczy cząsteczki poruszają się chaotycznie i mogą przemieszczać się w całej objętości naczynia. Podobnie blisko siebie są cząsteczki ciała stałego. W tym przypadku cząsteczki ciała poruszają się w ograniczonym obszarze – wykonują w zasadzie wyłącznie drgania.

Praca mechaniczna

Przyspieszenie

Prędkość

Jednostki

Jednostki układu SI

Podstawowe

Metr

Kilogram

Dżul

Niuton

Prawa

I zasada dynamiki

Druga zasada dynamiki

Pierwsza zasada termodynamiki

Skalary

Wektory

Iloczyn skalarny

Rozwiązanie

A co zrobić z liczbami podanymi w nawiasach? Oznaczają one dokładność podanych wartości.

Najprostszy sposób w naszym przypadku to dokonać jeszcze dwa razy obliczeń:

a) dla wartości pomniejszonych ;

b) dla wartości powiększonych.

Najpierw obliczenia po pomniejszeniu

Teraz dla wartości powiększonych

Co wynika z tych obliczeń?

Kilka wniosków:

1) Nie otrzymamy poprawnego wyniku, gdy liczby w działaniach będą miały różną ilość cyfr znaczących.

2) O dokładności iloczynu decyduje czynnik, który ma najmniejszą ilość cyfr znaczących.

3) Nie warto spisywać z kalkulatora wszystkich cyfr w otrzymanym wyniku - nic one nie mówią, a obciążają czas.

4) Niektóre wielkości warto potraktować czasami jako wielkości stałe - w zadaniu jest nią wartość przyspieszenia grawitacyjnego na powierzchni Ziemi.

5) Warto obliczyć dokładność względną wartości podanych w zadaniu.

Dokładność końcowego wyniku jest mniejsza niż wartości podanej najmniej dokładnie w danych.