Zusammenhang zwischen Arbeit, kinetischer Energie und potentieller Energie

Wir haben im Unterricht zwei Gleichungen hergeleitet.

  1. Die Arbeit, die zwischen zwei Punkten verrichtet wird A , B ist gleich der Differenz zwischen der kinetischen Energie am letzten Punkt und der am ersten Punkt.
  2. Die Arbeit, die zwischen zwei Punkten verrichtet wird A , B ist gleich der Differenz zwischen der potentiellen Energie am ersten Punkt und der am letzten Punkt.

Nun ist die Sache folgende: Wenn ich ein Auto habe, das mit konstanter Geschwindigkeit auf der Straße fährt und ich etwas Arbeit aufwende, um es zu beschleunigen, dann fährt es mit einer höheren Geschwindigkeit, also hat sich die kinetische Energie so verändert, wie wir es gesagt haben. Aber die potentielle Energie bleibt unverändert, also habe ich mich gefragt: Wann sind diese beiden Gleichungen wahr und wann sind sie nicht anwendbar?

Tatsächlich hat sich die potenzielle Energie des Autos verringert, aber auf weniger offensichtliche Weise, als Sie es wahrscheinlich gewohnt sind. Ich nehme an, Sie sind bisher nur auf Arbeiten im Kontext der Newtonschen Mechanik gestoßen und haben nicht viel über Thermodynamik gelernt? Die im Auto verringerte potentielle Energie ist die Bindungsenergie des Kraftstoffs. Brennstoff wird „verbrannt“, dh Bindungen werden aufgebrochen, und die dabei freigesetzte Energie wird zur Verrichtung von Arbeit verwendet. Es gibt auch Verluste durch Reibung usw., aber die Gesamtenergie bleibt erhalten .
Eigentlich wollte ich wissen, wann beide Gleichungen anwendbar sind. Also, vielen Dank, dass Sie alle etwas posten, das mit meinem Beispiel zu tun hat, aber das sollte nur klarstellen, dass ich nicht sicher bin, ob beide Gleichungen immer gültig sind.
Ich habe meinen Kommentar in eine Antwort umgewandelt, bei der die tatsächliche Gültigkeit der Aussagen in Ihrer Frage stärker betont wird. Lassen Sie mich wissen, wenn Sie noch unsicher sind.

Antworten (2)

Ihre beiden Gleichungen sind gültig, solange Sie es mit konservativen Kräften zu tun haben . Sie drücken - ziemlich per Definition - die Erhaltung der mechanischen Energie aus. Es gibt auch andere Arten von Energie, und in den meisten realistischen Situationen müssen Sie sie ebenfalls berücksichtigen. Die Gesamtenergie bleibt immer erhalten und für konservative Kräfte in der klassischen Mechanik sind die einzigen relevanten Energiearten (diejenigen, die sich ändern können ) potentielle und kinetische Energie. Die Summe davon bleibt also erhalten.

In der Situation des Autos sind die Kräfte nicht konservativ und es geht Energie verloren, zB durch Reibungswärme im Motor. Die verringerte potentielle Energie ist die chemische Bindungsenergie des Brennstoffs. Brennstoff wird „verbrannt“, dh Bindungen werden aufgebrochen, und die dabei freigesetzte Energie wird zur Verrichtung von Arbeit verwendet. Allerdings wird nicht die gesamte Energie sinnvoll genutzt, es entstehen Verluste durch das Aufheizen des Systems (und diese Wärmeenergie wird größtenteils an die Umgebung abgegeben). Es gibt auch Verluste durch Reibung der Räder usw., aber die Gesamtenergie abzüglich der Verluste bleibt erhalten.

Nur um hinzuzufügen, dass bis zu 85 % der Energie, die zum Antreiben eines Autos verwendet wird, durch Wärme/Reibung verloren geht, dh nur etwa 15 % der Energie werden zum Beschleunigen des Autos verwendet. verbraucherenergiezentrum.org/transport/verbrauchertipps/…

Es hängt davon ab, wie Sie potentielle Energie definieren. Wenn Sie nur die potenzielle Gravitationsenergie berücksichtigen, scheint das Auto plötzlich kinetische Energie gewonnen zu haben, ohne potenzielle Energie zu verlieren, aber in Wirklichkeit ist es das Benzin im Auto, das von einer Form höherer potenzieller Energie in etwas mit niedrigerem Potenzial umgewandelt wird Energie und die entstehende Wärme wird für Arbeit verwendet, was wiederum das Auto schneller fahren lässt und zu seiner erhöhten kinetischen Energie beiträgt.

Meines Wissens gilt potenzielle Energie + kinetische Energie + Verluste = Konstante wahrscheinlich für alles, was Ihnen in der Mechanik begegnet. Sie werden wahrscheinlich auch konservative Kräfte behandeln und wie nichtkonservative Kräfte nicht garantieren, dass Umwandlungen zwischen potentieller Energie und kinetischer Energie null Verluste haben.