Vraag # 50cb6

Antwoord:

Energie is een hoeveelheid die vertelt hoeveel werk het object met die energie kan uitvoeren.

Uitleg:

Fysiek gesproken kan energie worden gedefinieerd in termen van de maximale hoeveelheid werk die kan worden uitgevoerd. Om dit beter uit te leggen, moeten we eerst nadenken over het begrip werk. Ik zal hier alleen over klassieke natuurkunde praten.

In de klassieke fysica wordt de beweging van objecten beheerst door de tweede wet van Newton # VecF = mveca #, waar # VecF # is een kracht, # M # een objectenmassa en # Veca # een obecten versnelling. Dit betekent dat een kracht iets is dat de manier verandert waarop een object beweegt.

Natuurlijk kunnen we de kracht die we op een deeltje uitoefenen in de loop van de tijd variëren, of beter, door het pad dat het volgt. We definiëren daarom een hoeveelheid die we werk noemen, (# W #), met de volgende expressie # W = intvecF * dvecs #. Hier # Dvecs = vecvdt # een vector die langs het pad wijst dat een deeltje evenredig aan de snelheid van het deeltje neemt. Wanneer het pad recht is en de kracht in dezelfde richting als het pad, neemt dit af naar # W = FDeltas #.

Hoewel we dit werk hebben gedefinieerd in termen van het pad waarlangs een kracht werkt, kunnen we erachter komen dat het werk dat nodig is om de toestand van een deeltje van de ene naar de andere te veranderen (bijvoorbeeld de snelheid van een deeltje veranderen) alleen afhankelijk is over de begin- en eindsituatie. Om dit te zien, werken we de integraal uit met behulp van de tweede wet van Newton.

# W = intvecF * dvecs = intmveca * vecvdt = m int (d ^ 2vecs) / dt ^ 2 * (dvecs) / dtdt #

Nu gebruiken we # D / dt (v ^ 2) = d / dt ((dvecs) / dt * (dvecs) / dt) = 2 (d ^ 2vecs) / dt ^ 2 * (dvecs) / dt # via de productregel, dus # W = m / 2intd / dt (v ^ 2) dt = m / 2 v ^ 2 _ "oorspronkelijk" ^ "uiteindelijk" = m / 2 (v_f ^ 2- ^ v_i 2) #.

We moeten dus alleen de begin- en eindsnelheden en de massa kennen om het werk te kennen.

Nu definiëren we iets dat de kinetische energie van een object wordt genoemd #E_ "kin" = m / 2v ^ 2 #, dus # W = DeltaE_ "kin" #. Let daar op # W # kan zowel negatief als positief zijn. Als # W # is positief, we zeggen dat er werk is uitgevoerd op het object, als het negatief is, zeggen we dat het object werk heeft uitgevoerd. Sinds # V ^ 2> 0 #, de maximale hoeveelheid werk die een bewegend voorwerp kan uitvoeren, wordt gegeven door zijn kinetische energie.

Tot nu toe hebben we alleen gesproken over het verplaatsen van deeltjes, maar er zijn veel andere dingen waar we deze hoeveelheid werk zien, denk aan compressie van gas, elektrische en magnetische velden. In het algemeen is het echter mogelijk om een waarde toe te wijzen aan een object dat verandert tijdens het uitvoeren van het werk. Dus wanneer we op de een of andere manier een uitdrukking voor een waarde kunnen opschrijven # E # voor een object dat verandert wanneer het object via werkt # W = DeltaE #, en wanneer # E = 0 # het object kan geen werk verrichten, we noemen deze waarde een energie.