Dalam sistem ringkas, anda menjejak berapa banyak tenaga dalam setiap simpanan (store) pada awal dan akhir, kemudian menunjukkan ke mana perbezaan itu pergi. Jumlah tenaga adalah kekal: ia tidak hilang, ia berpindah antara simpanan.
Pelajaran ini membina atas mengira kerja sepanjang sesaran, kerana melakukan kerja ialah satu cara tenaga berpindah antara simpanan. Ia juga menyokong kuasa dan sumber tenaga.
Bagaimana saya mengikuti tenaga dalam sesebuah sistem?
Gunakan rutin empat langkah yang ringkas.
- Senaraikan simpanan pada awal. Bagi bola yang dipegang tinggi, ini ialah tenaga keupayaan graviti.
- Senaraikan simpanan pada akhir. Bagi bola sebelum mendarat, ini terutamanya tenaga kinetik.
- Namakan pemindahan. Jatuh ialah pemindahan mekanikal oleh daya graviti.
- Semak simpanan tambahan. Dengan rintangan udara, sebahagian tenaga juga pergi ke simpanan terma.
Dua rumus yang anda perlukan ialah:
- Perubahan tenaga keupayaan graviti = mgh (jisim dalam kg, g = 10 N/kg, perubahan ketinggian dalam m).
- Tenaga kinetik (kinetic energy) = ½mv² (jisim dalam kg, laju dalam m/s).
Contoh berlangkah
Bola berjisim 0.50 kg dijatuhkan dari ketinggian 3.0 m. Ambil g = 10 N/kg dan abaikan rintangan udara. Cari lajunya sebelum mendarat. (Data contoh rekaan.)
Langkah 1, tenaga keupayaan graviti yang hilang. mgh = 0.50 × 10 × 3.0 = 15 J.
Langkah 2, guna keabadian. Tanpa rintangan udara, semua 15 J menjadi tenaga kinetik, maka KE = 15 J.
Langkah 3, guna KE = ½mv². 15 = ½ × 0.50 × v², maka 15 = 0.25 × v².
Langkah 4, selesaikan. v² = 15 ÷ 0.25 = 60, dan v = √60 = 7.7 m/s (2 angka bererti).
Langkah 5, semak. ½ × 0.50 × 7.75² ≈ 15.0 J, yang sepadan.
Sekarang andaikan ukuran menunjukkan bola mendarat dengan 12 J tenaga kinetik. Baki 3 J pergi ke simpanan terma udara dan bola, dan sebahagian menjadi bunyi. Jumlahnya masih 15 J.
Apakah kesilapan yang perlu dielakkan?
Kesilapan lazim ialah lupa menguasaduakan laju atau lupa ½.
Jawapan yang salah: KE troli 2.0 kg pada 3.0 m/s ialah ½ × 2.0 × 3.0 = 3.0 J.
Murid mendarab dengan laju tetapi tidak menguasaduakannya.
Pembetulannya: KE = ½ × 2.0 × 3.0² = ½ × 2.0 × 9.0 = 9.0 J. Kuasa dua dilakukan sebelum mendarab dengan ½m. Semakan ringkas: menggandakan laju mesti menjadikan tenaga kinetik empat kali ganda.
Semak kendiri
Cuba soalan ini tanpa kalkulator, kemudian buka setiap jawapan. Guna g = 10 N/kg.
1. Bandul dilepaskan dari titik tertingginya. Namakan simpanan tenaga utama di titik tertinggi, di titik terendah, dan ke mana kehilangan tenaga yang kecil itu pergi.
Lihat jawapan
Titik tertinggi: keupayaan graviti (dan seketika tiada kinetik). Titik terendah: terutamanya kinetik. Kehilangan kecil itu pergi ke simpanan terma udara dan pangsi.
2. Cari tenaga kinetik troli 2.0 kg yang bergerak pada 4.0 m/s.
Lihat jawapan
KE = ½ × 2.0 × 4.0² = ½ × 2.0 × 16 = 16 J.
3. Batu 0.20 kg dilontar tegak ke atas pada 10 m/s. Dengan mengabaikan rintangan udara, berapakah ketinggian maksimumnya?
Lihat jawapan
KE pada mulanya = ½ × 0.20 × 10² = 10 J. Di titik tertinggi, semuanya ialah tenaga keupayaan graviti: 0.20 × 10 × h = 10, maka h = 5.0 m.
Ke mana selepas ini?
Setelah tenaga dijejak antara simpanan, anda boleh bertanya berapa banyak yang berguna. Pelajaran seterusnya, kira kecekapan dengan kuantiti yang konsisten, menjawabnya. Log kesilapan dan baris ujian semula berguna apabila anda mahu merekod simpanan atau rumus yang sentiasa tercampur.
Jika anda boleh mengikut setiap langkah tetapi tersangkut apabila sistemnya baharu, guru dalam tuisyen Fizik dalam talian satu dengan satu boleh membina contoh baharu bersama anda sehingga rutin ini menjadi tabiat.