חישובי אנרגיית תנועה

תרגול מעמיק של הנוסחה Ek = 0.5mv^2

calculatorמתרגלים חישובים

בשיעור זה נתרגל חישובי אנרגיית תנועה - ישירים והפוכים. נתמקד במיוחד בהבנת ריבוע המהירות ובהשלכות המעשיות שלו.
1
חישוב ישיר
נתונים m ו-v, חשבו Ek.
2
חישוב הפוך
נתון Ek וגודל אחד - חשבו את הגודל החסר.
3
שאלות השוואה
מי מחזיק יותר אנרגיית תנועה?

lightbulbתזכורת: שלוש צורות הנוסחה

lightning-bolt

חישוב Ek

Ek = 0.5 x m x v^2

כשידועים: מסה, מהירות
מחפשים: אנרגיית תנועה

speedometer

חישוב v

v = שורש(2Ek / m)

כשידועים: אנרגיה, מסה
מחפשים: מהירות

weight

חישוב m

m = 2Ek / v^2

כשידועים: אנרגיה, מהירות
מחפשים: מסה

טוען סימולציה...

calculatorתרגילי חישוב ישיר

calculatorחשבו את Ek

תרגיל 1: כדור

כדור במסת 0.4 ק"ג נע במהירות 10 מ'/שנ'.

נתונים: m = 0.4 ק"ג, v = 10 מ'/שנ'
פתרון: Ek = 0.5 x 0.4 x 10^2 = 0.5 x 0.4 x 100 = 20 ג'ול

תרגיל 2: מכונית

מכונית 1,000 ק"ג נוסעת ב-20 מ'/שנ' (72 קמ"ש).

נתונים: m = 1,000 ק"ג, v = 20 מ'/שנ'
פתרון: Ek = 0.5 x 1,000 x 20^2 = 0.5 x 1,000 x 400 = 200,000 ג'ול = 200 קילו-ג'ול

תרגיל 3: הכפלת מהירות

אותה מכונית ב-40 מ'/שנ' (144 קמ"ש).

Ek = 0.5 x 1,000 x 40^2 = 0.5 x 1,000 x 1,600 = 800,000 ג'ול

פי 4 מתרגיל 2! כי המהירות הוכפלה פי 2, ו-2^2 = 4.

תרגיל 4: רוכב אופניים

רוכב + אופניים = 80 ק"ג, מהירות 8 מ'/שנ'.

Ek = 0.5 x 80 x 8^2 = 0.5 x 80 x 64 = 2,560 ג'ול

arrows-rotateתרגילי חישוב הפוך

arrows-rotateמצאו את הגודל החסר

תרגיל 5: מצאו מהירות

לגוף 2 ק"ג יש Ek = 100 ג'ול. מהי מהירותו?

v^2 = 2 x Ek / m = 2 x 100 / 2 = 100
v = שורש(100) = 10 מ'/שנ'

תרגיל 6: מצאו מהירות

לגוף 8 ק"ג יש Ek = 400 ג'ול. מהי מהירותו?

v^2 = 2 x 400 / 8 = 800 / 8 = 100
v = שורש(100) = 10 מ'/שנ'

שימו לב: מסה שונה, אנרגיה שונה, אבל אותה מהירות!

תרגיל 7: מצאו מסה

גוף נע במהירות 5 מ'/שנ' ויש לו Ek = 50 ג'ול. מהי מסתו?

m = 2 x Ek / v^2 = 2 x 50 / 5^2 = 100 / 25 = 4 ק"ג

balance-scaleשאלות השוואה

balance-scaleלמי יותר אנרגיית תנועה?

תרגיל 8: כדורים

כדור A: 2 ק"ג, 6 מ'/שנ'
כדור B: 6 ק"ג, 2 מ'/שנ'

A: Ek = 0.5 x 2 x 36 = 36 ג'ול
B: Ek = 0.5 x 6 x 4 = 12 ג'ול

לכדור A פי 3 אנרגיה! המהירות הגבוהה פי 3 (בריבוע: פי 9) גוברת על המסה הקטנה פי 3.

תרגיל 9: כלי רכב

מכונית: 1,000 ק"ג, 30 מ'/שנ' (108 קמ"ש)
משאית: 5,000 ק"ג, 20 מ'/שנ' (72 קמ"ש)

מכונית: Ek = 0.5 x 1,000 x 900 = 450,000 ג'ול
משאית: Ek = 0.5 x 5,000 x 400 = 1,000,000 ג'ול

למשאית יותר אנרגיה, כי יתרון המסה (פי 5) גובר על חיסרון המהירות.

תמונה הממחישה את חישוב ההשוואה שבו כדור מהיר וקל מחזיק יותר אנרגיית תנועה מכדור כבד ואיטי
כאשר משווים אנרגיית תנועה, המהירות בריבוע יכולה להשפיע יותר מהמסה.

shieldריבוע המהירות בבטיחות

מכונית 1,500 ק"ג - אנרגיה לפי מהירות

מהירות (קמ"ש)מהירות (מ'/שנ')Ek (ג'ול)יחס
5014147,000x1
8022363,000x2.5
10028588,000x4
12033817,000x5.6
150421,323,000x9

* ב-150 קמ"ש אנרגיית התנועה גדולה פי 9 מ-50 קמ"ש! כל האנרגיה הזו צריכה להיספג בעת עצירה או התנגשות.

thinking-faceשאלה לחשיבה

שני כדורים: A במסת 1 ק"ג ומהירות 6 מ'/שנ', B במסת 3 ק"ג ומהירות 2 מ'/שנ'. למי יותר אנרגיית תנועה?

A: Ek = 0.5 x 1 x 6^2 = 0.5 x 36 = 18 ג'ול. B: Ek = 0.5 x 3 x 2^2 = 0.5 x 12 = 6 ג'ול. לכדור A יש יותר אנרגיית תנועה (18 מול 6), למרות שמסתו קטנה פי 3. המהירות (בריבוע) משפיעה יותר מהמסה.

thinking-faceשאלה לחשיבה

מכונית נוסעת ב-60 קמ"ש ומרחק הבלימה שלה 15 מטר. מה מרחק הבלימה ב-120 קמ"ש?

120 קמ"ש = פי 2 מהירות מ-60 קמ"ש. אנרגיית תנועה עולה פי 2^2 = פי 4. לכן מרחק הבלימה גם הוא פי 4: 15 x 4 = 60 מטר. הכפלת מהירות = פי 4 מרחק בלימה!

lightbulbטיפ לזכירה: ריבוע

כשהמהירות מוכפלת פי 2, האנרגיה גדלה פי 4 (כי 2^2 = 4).
כשהמהירות מוכפלת פי 3, האנרגיה גדלה פי 9 (כי 3^2 = 9).

זו הסיבה המדעית שמהירות מופרזת כל כך מסוכנת בכבישים!

בחיי היומיום מהירות נמדדת בקמ"ש (קילומטר לשעה), אבל בפיזיקה צריך מ'/שנ' (מטר לשנייה).

להמיר מקמ"ש למ'/שנ': נחלק ב-3.6

דוגמאות:
- 36 קמ"ש = 36 / 3.6 = 10 מ'/שנ'
- 72 קמ"ש = 72 / 3.6 = 20 מ'/שנ'
- 90 קמ"ש = 90 / 3.6 = 25 מ'/שנ'
- 108 קמ"ש = 108 / 3.6 = 30 מ'/שנ'

למה 3.6? כי שעה = 3,600 שניות, וקילומטר = 1,000 מטר. 3,600/1,000 = 3.6.

בספורט, אנרגיית תנועה קובעת את עוצמת המכה או הבעיטה:

כדור טניס (0.06 ק"ג, 60 מ'/שנ'): Ek = 0.5 x 0.06 x 3,600 = 108 ג'ול
כדורגל (0.43 ק"ג, 30 מ'/שנ'): Ek = 0.5 x 0.43 x 900 = 194 ג'ול
כדור באולינג (7 ק"ג, 8 מ'/שנ'): Ek = 0.5 x 7 x 64 = 224 ג'ול

כדור הבאולינג הכבד מנצח, אבל לא בגלל שהוא מהיר - דווקא בגלל המסה הגדולה שלו!

שאלה 1 מתוך 7

לגוף 2 ק"ג יש Ek = 100 ג'ול. מהי מהירותו?

המשך קריאה

עוד עמודים שיכולים לחבר את מה שלמדתם עכשיו