Mechanisches Energiekonzeptproblem

Wenn ein Objekt in einiger Höhe über dem Boden auf Ihrer Handfläche gehalten wird, gibt es keinen Grund für Sie, über die Energie eines Systems zu sprechen, da es einfach da ist. Es bewegt sich nicht, keine offensichtliche Anziehung zum Boden (die Schwerkraft hebt die normale Kraft aufgrund Ihrer Handfläche auf).

Nun müssen Sie die Energieerhaltung anwenden, wenn auf das System keine äußere Kraft einwirkt. Wenn Sie das System als Erde und Objekt gewählt haben, zählt die gegenseitige Kraft zwischen den beiden als innere Kraft. Die von Ihrer Handfläche abgegebene Normalkraft zählt als externe Kraft, da sie von Ihnen stammt.

Also, wenn$K=0$Und$P=mgh$Angenommen, die Erdkruste ist das Bodenniveau für$h=0$. Grundsätzlich gehen Sie davon aus, dass das Objekt frei von Ihrer Handfläche ist, wenn Sie diese Bedingung anwenden.

Betrachten wir, was hier in Etappen passiert.

STUFE 1: Anfangsbedingungen (KE=0, PE=0)

Da makroskopische KE und PE rahmenabhängig sind, weisen wir mit diesen Anfangsbedingungen einen festen Punkt auf der Auflagefläche in der Nähe des Objekts als unseren Bezugsrahmen zu. Dies ist unser Referenzrahmen für alle Phasen.

STUFE 2: Der Erwerb von potenzieller Gravitationsenergie, mgh.

Damit sich das Objekt auf der Höhe h befindet, musste ein externer Agent (Sie vielleicht) eine Kraft aufwenden, um das Objekt vom Boden abzuheben und auf der Höhe h zum Stillstand zu bringen. Die vom externen Agenten geleistete Arbeit entspricht der Zunahme der potentiellen Energie.

STUFE 3: Freier Fall (Erhaltung von PE+KE).

Wenn das Objekt fällt, wirkt die Schwerkraft positiv auf das Objekt und gibt ihm kinetische Energie auf Kosten seiner potentiellen Energie. Die Summe von KE und PE ist an jedem Punkt des Weges bis zum Aufprallpunkt konstant (kein Luftwiderstand), wo das gesamte PE nun KE ist.

STUFE 4: Auswirkung. Was passiert mit der KE?

Es gibt drei Möglichkeiten oder Fälle

Fall 1: Völlig unelastischer Stoß.

In diesem Fall wird das Objekt zum Stillstand gebracht (kein Rückprall). Die kinetische Energie verursacht eine dauerhafte Verformung, Reibung usw. am Objekt und/oder der Oberfläche (mit einer geringen Energiemenge im Schall). Die Temperatur des Objekts und/oder der Oberfläche an der Aufprallstelle ist erhöht. Die Wärmeübertragung erfolgt von der Aufprallstelle zur Umgebung mit niedrigerer Temperatur.

Fall 2: Teilelastischer Stoß.

In diesem Fall prallt das Objekt von der Oberfläche ab, kehrt aber nicht auf die Höhe h zurück. Ein Teil der kinetischen Energie geht verloren, ein Teil wird zurückgewonnen. Jeder nachfolgende Aufprall führt zu einem weiteren KE-Verlust, bis das Objekt auf der Oberfläche zur Ruhe kommt.

Fall 3: Vollständig elastischer Stoß.

In diesem Fall prallt das Objekt zurück und kehrt zur Höhe h zurück. Der Vorgang wiederholt sich. Kollisionen auf makroskopischer Ebene sind jedoch unelastisch. Perfekte elastische Kollisionen werden auf mikroskopischer Ebene angegangen, beispielsweise bei den Kollisionen idealer Gasmoleküle.

Hoffe das hilft.

Kurze Antwort: Das neue "zusätzliche" KE stammt von der Arbeit, die Sie geleistet haben, um das Objekt zu erheben.

Zunächst ruhendes Objekt auf dem Boden.$PE=KE=0$.

Dann sagst du, du stehst auf, bis$PE=mgh$. Aber das ist der entscheidende Schritt. Sie können es nicht erhöhen, es sei denn, Sie wenden W=mgh an . Diese Arbeit wird als potentielle Energie gespeichert.

Wenn du es jetzt fallen lässt,$PE$wird werden$KE$. Es wird mehr als 0 sein, weil Sie während des Vorgangs Energie hinzugefügt haben.

wo geht das$K_E$gehen?

Es wird aufgewendet, um die Oberfläche zu erhitzen oder zu zerkleinern.

• Lassen Sie einen Tennisball an einem Sandstrand fallen und die$K_E$wird vom Sand aufgenommen, um den Sand zu verdrängen (Arbeit ist getan) und einen kleinen "Krater" zu erzeugen.
• Lassen Sie einen Tennisball auf einer asphaltierten Straße fallen, und das$K_E$nicht absorbiert, sondern beim Aufprall in elastische Energie umgewandelt, die wieder zurück umgewandelt wird$K_E$im nächsten moment - und der ball springt wieder mit viel auf$K_E$.

Der$K_E$könnte natürlich auch in ähnlicher Weise in den Ball selbst absorbiert werden, wenn er weich oder zerbrechlich ist.

was macht$P_E+K_E=\text{constant}$wirklich gemein?

Wenn nichts anderes involviert ist, muss ihre Summe konstant sein und sich niemals ändern. Wenn ihre Summe nicht konstant wäre, sondern plötzlich, sagen wir, höher wäre als zuvor, dann würde die eine stärker zunehmen als die andere abnehmen.

Das ist aufgrund des Energieerhaltungssatzes unmöglich - wenn eine Energieart stärker zunimmt als die andere Energieart abnimmt, woher kommt dann diese zusätzliche Energie?