Student z Wrocławia został ostatnio wyróżniony za wspaniały pomysł. Zaprojektował bibliotekę samowystarczalną energetycznie. Miałaby nie tylko panele słoneczne na dachu, ale także specjalne chodniki które zamieniły by energię kinetyczną ludzkich kroków na elektryczną. To piękne wykorzystanie energii odnawialnej. W dzisiejszej lekcji dowiesz się czym jest energia kinetyczna. Wiesz już czym jest energia i znasz jej podstawowe rodzaje. Jeśli ten podział Ci umknął zajrzyj do naszego filmu o energii. Jeżeli energia związana jest z ruchem ciała, nazywamy ją energią kinetyczną. Nazwa pochodzi od greckiego słowa kinema czyli ruch. Przykłady takiej energii widzisz dosłownie na każdym kroku. Ale najprościej wyjaśnić sobie to pojęcie na przykładzie. Wyobraźmy sobie rowerzystę jadącego z prędkością 12 kilometrów na godzinę prosto na barierkę przy szosie. Jeśli nawet na nią wpadnie, nie spowoduje większych zniszczeń. Co najwyżej sam się trochę po turbuje. Barierka pozostanie cała. A teraz wyobraźmy sobie, że z tą samą prędkością, na barierkę wpadnie walec drogowy przy pracy. Co się stanie? Nawet bez żadnej znajomości fizyki możesz wydedukować, że barierka zostanie dosłownie zmieciona z drogi i niewiele z niej zostanie. Ale dlaczego tak się dzieje? Fizyk powiedziałby, że walec ma większą energię kinetyczną niż rower jadący z tą samą prędkością. Z tego powodu może też wykonać większą pracę, na przykład zmieść z drogi barierkę ochronną. A dlaczego energia jest większa? Patrząc na rower i walec, na pierwszy rzut oka widać, że ten drugi ma większą masę. A ponieważ wzór na energię kinetyczną ciała to Ek równa się m razy v do kwadratu podzielić przez 2 wynika z tego, że energia kinetyczna a więc i praca, którą może wykonać poruszające się ciało zależy od jego masy m. Zależy też i to w dużej mierze od prędkości v. To dlatego tak ważne dla życia i zdrowia są ograniczenia prędkości w miastach. Pomyśl, jeśli weźmiemy 2 identyczne samochody, to ten jadący z małą prędkością przy uderzeniu w przeszkodę spowoduje tylko lekkie uszkodzenia. A ten jadący z dużą prędkością poważne zniszczenia. To też skutek tego, że ten drugi ma większą energię kinetyczną. Żeby lepiej zobrazować sobie te zależność przeprowadźmy proste doświadczenie. Potrzebne nam będą dwa słoiki o różnej pojemności, całkowicie napełnione wodą i dokładnie zakręcone. Do tego niewielkie pudełko napełnione solą. Pochylnia o długości około 40 centymetrów linijka i kreda. Ustawmy pochylnie pod niewielkim kątem na dużym stole lub podłodze i kredą zaznaczymy na niej dwie linie startowe 15 centymetrów i 30 centymetrów. od dolnej krawędzi O. Zaczynamy. Na linii piętnastu centymetrów kładziemy oba słoiki i równocześnie puszczamy. Co obserwujemy? Oba słoiki przeturlały się na dół w prawie jednakowym czasie. Możemy zatem przyjąć, że ich prędkości w punkcie O, były jednakowe. Teraz już przy dolnej krawędzi pochylni ustawmy na stole lub podłodze pudełko z solą. Z tej samej linii co poprzednio puśćmy najpierw mały, a następnie duży słoik tak, by każdy centralnie trafił w pudełko. Co się stanie z pudełkiem? Duży słoik przesunął je dalej od krawędzi pochylni czyli wykonał większą pracę niż mały. Pamiętasz? W pierwszym eksperymencie oba słoiki miały prawie jednakowe prędkości. Różnice w pracy, a zatem i w energii kinetycznej muszą zależeć więc od... Tak, od masy. Wnioskujemy, że przy tej samej prędkości ciało o większej masie będzie miało większą energię kinetyczną czyli poruszając się wykona większą pracę niż ciało o mniejszej masie. Pudełko z solą ponownie ustawmy w tym samym miejscu co poprzednio i puśćmy mały słoik tak by centralnie w nie trafił, ale tym razem z linii trzydziestu centymetrów. Co obserwujemy? Słoik przepchnął pudełko dalej niż poprzednio. Z czego to wynika? Słoik startuje z odległości trzydziestu centymtrów, więc dłużej porusza się ruchem przyśpieszonym. Jego prędkość w punkcie O jest zatem większa, niż gdy startuje z odległości piętnastu centymetrów. Dzięki temu mógł wykonać większą pracę. Wnioskujemy, że ciało ma tym większą energię kinetyczną, im szybciej się porusza. Słoiki wykonują pracę, czyli przesuwają pudełko kosztem swojej energii kinetycznej. Energia kinetyczna ma szerokie zastosowanie praktyczne. Energię wiatru wykorzystuje się do poruszania żaglowców i wiatraków a energię fal morskich w elektrowniach pływowych. Poruszający się z dużą prędkością bijak młota pneumatycznego, kruszy beton a rozpędzona kula dźwigu burzy mury. Czasami jej skutki mogą być szkodliwe na przykład silny wiatr łamie drzewa fale zalewają domy, a rozpędzony pojazd niszczy ogrodzenie. Wróćmy do naszego walca z początku filmu. Ma on masę m i porusza się z prędkością v. Jak już wiesz, każde poruszające się ciało posiada energię kinetyczną. Wzór na tę energię też już znasz. To Ek równa się m razy v kwadrat podzielić przez 2. Masę wyrażamy w kilogramach a prędkość w metrach na sekundę. Widzimy, że jednostkę energii kinetycznej powinniśmy zapisać jako kilogram razy metr kwadrat podzielić przez sekundę kwadrat. Niezbyt wygodny zapis, przyznasz? Na szczęście możemy to zmienić na jedną jednostkę z układu SI. Pokażę Ci jak. Z innych lekcji wiesz już że jednostką siły jest niuton i że 1 niuton to kilogram razy metr na sekundę kwadrat. W związku z tym możemy zapisać że energię kinetyczną zapisujemy jako niuton razy metr. A to definicja dżula, którego symbolem jest duża litera J. Warto to zapamiętać. Pora rozwiązać zadanie. Oblicz prędkość samochodu o masie 1200 kilogramów jeśli jego prędkość zwiększaliśmy się od zera a siła napędowa wykonała przy tym pracę równą 240 kilodżulom. Opory ruchu pomiń. Z treści zadania wiemy, że masa m to 1200 kilogramów, a praca W to 240 kilogdżuli. Czyli 240 000 dżuli. Szukamy prędkości V samochodu. Jak możemy ją obliczyć? Wiemy, że energia kinetyczna może zostać zamieniona na pracę. W naszym przypadku jest jednak odwrotnie. To praca wykonana nad ciałem nadaje mu energię, a konkretnie energię kinetyczną. Przyrost energii samochodu jest więc równy wykonanej pracy. Ek równa się 240 000 dżuli. Aby obliczyć prędkość, możemy więc posłużyć się wzorem na energię kinetyczną. Ek równa się 1/2 mv kwadrat. Musimy go tylko przekształcić. Do dzieła! Pozbywamy się ułamka mnożąc obie strony równania przez 2. Teraz obustronnie dzielimy przez masę m otrzymujac: V kwadrat równa się 2 razy Ek podzielić przez m. Mamy już prędkość V, ale w kwadracie. Całe równanie trzeba więc jeszcze spierwiastkować. To nie takie trudne, ale jeśli nie wiesz jak to się robi, zajrzyj do naszych filmów z matematyki. Pierwiastek z V kwadrat to V. A po drugiej stronie mamy pierwiastek z 2 razy Ek podzielić przez m. Mamy już wszystkie potrzebne dane. Podstawmy wartości liczbowe i wyliczmy szukaną prędkość. Dostajemy V równa się pierwiastkowi z czterystu. To ile wynosi V? Prędkość samochodu wynosi 20 metrów na sekundę czyli 72 kilometry na godzinę. Bardzo dobrze nam poszło więc teraz zadanie dla Ciebie. Rozwiąż je samodzielnie, a potem sprawdź czy Twój wynik zgadza się z moim. Oto treść. Oblicz jak zmieni się energia kinetyczna pociągu o masie 2600 ton który z prędkości początkowej 36 kilometrów na godzinę, rozpędzi się do prędkości 72 kilometrów na godzinę. W pierwszej kolejności musimy zamienić jednostki. Ponieważ wzór na energię kinetyczną jest spełniony tylko dla jednostek podstawowych układu SI. Kilometry na godzinę zmieniamy zatem na metry na sekundę, a tony na kilogramy. 2600 ton równa się 2 600 000 kilogramów. 36 kilometrów na godzinę to 10 metrów na sekundę. A 72 kilometry na godzinę to 20 metrów na sekundę. Szczegółowo o zamianie jednostek prędkości mówimy w filmach z działu kinematyka. Pociąg przyśpiesza. A więc jego energia kinetyczna rośnie. Aby obliczyć o ile, musimy wiedzieć ile wynosiła przy prędkości początkowej a ile po przyspieszeniu do dwudziestu metrów na sekundę. Obliczamy. Ek1 to masa razy prędkość początkowa do kwadratu podzielone przez 2. Czyli 2 600 000 kilogramów razy 10 metrów na sekundę do kwadratu przez 2. Co daje nam 130 milionów dżuli. Imponująca liczba. Aż się prosi żeby ją uprościć wykorzystując inne jednostki. 1 megadżul to milion dżuli. Czyli 130 milionów dżuli to 130 megadżuli. Teraz analogicznie obliczamy Ek2 i otrzymujemy, że wynosi ona 520 milionów dżuli. Czyli 520 megadżuli. Skąd tak wielkie liczby? Prędkość pociągu nie jest może imponująca za to jego masa jest ogromna i to ona sprawia, że jadący pociąg ma energię kinetyczną wielokrotnie większą niż jadący nawet dużo szybciej samochód. Dlatego w zderzeniu z pociągiem samochód nie ma żadnych szans. A szynowy pojazd pcha go nieraz wiele setek metrów zanim się zatrzyma. Zderzając pociągi i samochody zapomnieliśmy jednak co mieliśmy obliczyć w zadaniu. Chodziło o wzrost energii podczas przyspieszania. A ten wynosi 520 megadżuli odjąć 130 megadżuli, czyli 390 megadżuli. I to jest rozwiązanie naszego zadania. W dzisiejszej lekcji dowiedzieliśmy się że energię kinetyczną posiada każde ciało które się porusza. Ciało ma tym większą energię kinetyczną im szybciej się porusza i im większą ma masę. Obejrzyj pozostałe filmy z energii mechanicznej, a po więcej materiałów zajrzyj na naszą stronę pistacja.tv.