Kinētiskā Enerģija

[Melissa Alvarado]

Kinētiskāenerģija ir enerģija, kas piemīt ķermeņiem, kas atrodas kustībā. Pēc definīcijas tas ir darbs, kas nepieciešams, lai no miera stāvokļa paātrinātu ķermeni līdz dotajam ātrumam. Kamēr ķermeņa ātrums nemainās, tā kinētiskā enerģija saglabājas. Ķermenim palēninot kustību un apstājoties, tas atdod kinētisko enerģiju, veicot tādu pašu darbu, kāds tika ieguldīts, lai to paātrinātu.

Sadaļā par darbu noskaidrojām, ka, palaižot vaļā virs zemes paceltu ķermeni, smaguma spēks veic darbu, lai ķermenis kristu zemes virzienā. Līdz ar to var secināt, ka arī paceltam ķermenim piemīt spēja veikt darbu, kaut gan tas neatrodas kustībā. Šādā gadījumā saka, ka ķermenim ir potenciālā enerģija (4.att.). Svarīgi ir tas, ka, nosakot potenciālo enerģiju, ir jāpieņem nulles līmenis, piemēram, zemes virsma vai grīda.

8.att. Tālvadības pults pogas tiek veidotas no elastīga materiāla, kas deformācijas laikā uzkrāj potenciālo enerģiju, ko vēlāk var izmantot, lai atgrieztu pogu sākuma stāvoklī

9.att. Drošības noteikumu ietvaros Lielā hadronu paātrinātāja (LHC) darbības apturēšanai ir ierīkota liela, sarkana poga, kuras mehānismā ir atspere, kas pogas lietošanas gadījumā to atgriež sākotnējā stāvoklī

Lai izlasītu šo fiztēmu, ir jāpaveic darbs, bet lai paveiktu darbu, ir vajadzīga enerģija! Arī, piemēram, pirms ejam uz skolu vai darbu mēs kaut ko iekožam/ieēdam. Tātad, enerģiju var definēt kā fizikālas sistēmas spēju veikt darbu. Padarītais darbs ir vienāds ar enerģijas izmaiņu, kas nepieciešama darba veikšanai, tādēļ gan darbam, gan enerģijai ir viena un tā pati mērvienība - džouls (J). Piemēram, ja 1 N lielu spēku pārvieto kasti par 1 m, tad ir padarīt 1 J liels darbs un līdz ar to patērēta 1 J liela enerģija (1.att.).

Enerģija var izpausties divās formās:

1) Kinētiskā enerģija;

2) Potenciālā enerģija.

Fiztēmā par darbu (saite uz fiztēmu) noskaidrojām, ka, palaižot vaļā virs zemes paceltu ķermeni, smaguma spēks veic darbu, lai ķermenis kristu zemes virzienā. Līdz ar to var secināt, ka arī paceltam ķermenim piemīt spēja veikt darbu, kaut gan tas sākotnēji neatrodas kustībā. Šādā gadījumā saka, ka ķermenim ir potenciālā enerģija Ep, ko aprēķina Ep=mgh, kur

m - ķermeņa masa, kg

g - brīvās krišanas paātrinājums, m/s2

h - augstums virs zemes, m

Svarīgi ir tas, ka nosakot potenciālo enerģiju ir jāpieņem nulles līmenis, piemēram, zemes virsmu vai grīdu. Lai arī cilvēks ir aizmidzis krēslā un daudz nekustas (3. att.), tā masas centrs atrodas noteiktā augstumā virs zemes un tam piemīt potenciālā enerģija.

Ķermenim reizē varbūt gan kinētiskā, gan potenciālā enerģija, līdz ar to ķermeni stāvokli var raksturot, ja izmanto abus šos enerģijas veidus. Potenciālas Ep un kinētiskās enerģijas Ek summu sauc par pilno mehānisko enerģiju E (5. att.). Ja aplūkotais ķermenis neatrodas mijiedarbībā ar citiem ķermeņiem, tad pilnā mehāniskā enerģija paliek nemainīgs lielums, tas ir viens no universālajiem fizikas likumiem - enerģijas nezūdamības likums -, kas nosaka to, ka enerģija nezūd un nerodas no jauna, bet tikai maina savu formu. Tāpēc, ja palielinās vai samazinās kinētiskā enerģija, tad attiecīgi palielinās vai samazinās potenciālā enerģija.

Kinētiskās enerģijas aprēķina izteiksme Ek=mv2/2 parāda, ka visvairāk kinētisko enerģiju ietekmē ātrums, jo kinētiskā enerģijas atkarība no ātruma ir kvadrātiska. Tādēļ arī tiek uzsvērta ātruma lielā nozīmē ceļu satiksmes drošībā, jo, palielinot ātrumu 2 reizes, transporta līdzekļa kinētiskā enerģija pieaug 4 reizes un lai automašīnu apturētu, kādam spēkam ir jāpastrādā darbs šīs kinētiskaš enerģijas apmērā. Ja 1 t smaga automašīna pilsētā apstājusies pie luksofora (1. att. a), tad tās kinētiskā enerģija ir 0. Sasniedzot pilsētā atļauto ātrumu 50 km/h, kinētiskā enerģija ir pieaugusi aptuveni līdz 10 kJ (1. att. b). Grafiski attēlojot kinētiskās enerģijas atkarību no ātruma, iegūst uzskatāmu kvadrātiskā pieauguma grafiku (1. att. c).

Līdz ar ātruma lielo ietekmi uz kinētisko enerģiju, nav jābrīnās, ja viegli ķermeņi sasniedz masīvu ķermeņu kinētisko enerģiju, tiem tikai jākustās pietiekoši ātri! Latviešu tenisista Ernesta Gulbja maksimālais serves ātrums ar 57 g smagu bumbiņu ir 240 km/h. Šādai bumbiņai kinētiskā enerģija ir 127 J. Ja pēc spēles Gulbis izbrac nelielu līkumu ar motociklu (kopējā masa 250 kg), tad braucot ar ātrumu 1 m/s, tiktu sasniegta tieši tā pati kinētiskā enerģija (2. att.).

Monster Truck šova laikā iespaidīgie automobiļi veic galvu reibinošus trikus (4. att. a), kuros tiem jārēķinās ar uz automobili darbojošos smaguma spēku. Tomēr smaguma spēks nav vienīgais, kas ietekē mūsu vertikālās kustības dinamiku. Izmantojot, piemēram, liftu vai eskalatoru (4. att. b) elektromotori veic darbu, lai pārvietotu mūs noteiktā augstumā un izmainītu mūsu potenciālo enerģiju.

Ja tiek deformēts kāds elastīgs ķermenis, tad šādā gadījumā arī tiek uzkrāta enerģija, jo pārtraucot deformāciju, ķermenis ir spējīgs veikt darbu. Piemēram, ja tiek nospiesta poga uz tālvadības pults (5. att.), tad pēc pogas atlaišanas tā atgriežas sākotnēja stāvoklī, veicot darbu uz uzkrātās potenciālās enerģijas rēķina.

Ja pogai ir jāpadara lielāks mehāniskais darbs nekā tas ir, piemēram, 5. att. redzamajai pultij, tad pogas mehānismā tiek iebūvēta atspere, kas uzkrāj potenciālo enerģiju un veic nepieciešamo darbu pogas atgriešanai sākuma stāvoklī. Drošības noteikumu ietvaros, Lielā Hadronu paātrinātāja (LHC) darbības apturēšanai vadības panelī (6. att. a) ir ierīkota liela, sarkana poga (6. att. b), kuras mehānismā ir atspere, kas pogas lietošanas gadījumā to atgriež sākotnējā stāvoklī.

Iepriekš kinētiskā enerģija tika pieminēta, ja objekts pārvietojās, tomēr tas nav obligāti nepieciešams. Arī rotējošiem ķermeņiem ir noteiks kinētiskās enerģijas daudzums (7. att. a), ko aprēkiņa, izmantojot izteiksmi Ek=Iω2/2, kur

I - ķermeņa inerces moments, kgm2

ω - rotācijas leņķiskais ātrums, rad/s

Datora cietais disks parasti nemēdz kustēties prom no datora korpusa, tomēr šīs datora komponentes iekšpusē notiek atmiņas elementa rotācijas kustība (7. att. b), kas piešķir tam kinētisko enerģiju.

Ja ķermeņa kustību neietekmē ārēji apstākļi, piemēram, nepastāv mijiedarbība ar citiem ķermeņiem, nav berzes vai pretestības spēku, tā pilnā mehāniskā enerģija laikā nemainās.

Balstoties uz to, ka kinētiskā enerģija kustības sākumā ir vienāda ar potenciālo enerģiju kustības augšējā punktā, aprēķiniem var tik izmantotas vēl divas formulas.Ja ir zināms maksimālais uzlidošanas augstums, tad var aprēķināt maksimālo kustības ātrumu ar formulu

Rimi Rīgas maratonā, sadarbībā ar Elektrum pirmoreiz tiks mērīta dalībnieku skrējiena laikā radītā kinētiskā enerģija. Lielākajā līdzjušanas un enerģijas uzkrāšanas punktā, kas sadarbībā ar Elektrum taps pie Rīgas 2. ģimnāzijas, mūzikas un bungu rīboņas pavadīti dalībnieki šķērsos īpašu enerģijas mērjoslu, kas akumulēs dalībnieku kinētisko enerģiju, konvertēs to kilovatstundās un pirmoreiz noskaidros visu Rimi Rīgas maratona dalībnieku radīto enerģijas apjomu.

Kur liela kopā sanākšana, tur daudz emociju, pozitīvi nokaitēta atmosfēra, degsme un enerģija. Bet kur liela enerģija, tur klātesošs ir Elektrum. Priecājamies šogad pievienoties Rimi Rīgas maratona atbalstītāju lokam, jo tāda enerģija, kādu rada 30 000 skrējēju, ir reti sastopama. Aicinām visus līdzjutējus uz Elektrum līdzjušanas un enerģijas uzkrāšanas punktu pie Rīgas 2. ģimnāzijas un būt aktīviem atbalstītājiem, lai ar savu enerģiju palīdzētu maratona dalībniekiem tikt līdz finišam!

Elektrum līdzjušanas punktā par mūziku rūpēsies DJ All-viss, kurš uzklausīs arī līdzjutēju vēlmes un atskaņos viņu izvēlētās spēka un uzmundrinājuma dziesmas skrējējiem. Savukārt skrējējus aktīvi iekustinās moderators Sandis Miltovičs. Elektrum punktā līdzjutēji varēs nobaudīt garšīgu kafiju, uzlādēt mobilo telefonu un atpūsties.

Savukārt visi dalībnieki, skrienot pāri īpašai enerģijas kolekcionēšanas mērjoslai Elektrum līdzjušanas punktā, vāks kinētisko enerģiju, kura vēlāk tiks pārvērsta kilovatos, aprēķinot Rimi Rīgas maratona dalībnieku radīto enerģiju!

Lielākajā līdzjušanas un enerģijas uzkrāšanas punktā pie Rīgas 2. ģimnāzijas, mūzikas un bungu rīboņas pavadīti, skrējēji šķērsos īpašu mērjoslu, kas akumulēs kinētisko enerģiju un konvertēs to kilovatstundās, lai noskaidrotu visu dalībnieku radīto enerģijas summu.

Organizatori būs parūpējušies, lai enerģiskākais līdzjušanas punkts būtu baudāms arī visiem neskrējējiem, jo fanot par skrējējiem līdzjutēji varēs dīdžeja vadībā, pasūtot spēka dziesmas sev un skrējējiem, kā arī iestiprinoties ar kafiju un uzkrājot spēkus ērtos pufos.

Rīkotāji atgādina, ka reģistrēties visām "Rimi" Rīgas maratona distancēm un Olimpiskās bērnu dienas skrējieniem var pasākuma oficiālajā mājaslapā. Skrējieni notiks klasiskajā maratonā, kā arī pusmaratonā, 10 km, 5 km un jūdzes distancē.

Savi skrējieni būs arī Olimpiskās bērnu dienas trasītēs. Vecākus aicina bērnus līdz 12 gadu vecumam pieteikt Olimpiskajai bērnu dienai pēc iespējas ātrāk, jo limits ir 7000 dalībnieku, kas, visticamāk, tiks sasniegts jau līdz aprīļa beigām.

44 piedziņa patērē tikai nedaudz vairāk enerģijas nekā aizmugurējo riteņu piedziņa. Šo papildu enerģijas patēriņu galvenokārt var skaidrot ar papildu svaru, ko transportlīdzeklim rada papildu motors. Šis visu riteņu piedziņas dizains ir energoefektīvāks nekā parastais izkārtojums ar centrālo starpasu diferenciāli un kardānu.

3a8082e126