Jak se počítá kinetická energie

Jak se značí kinetická energie a jaké jsou její jednotky

Kinetická energie se ve fyzice zapisuje zkratkou E_k. Hlavní jednotkou podle SI je joule (1 J). 1 joule označuje práci, kterou vykoná síla o velikosti 1 N během působení na těleso po dráze 1 m.

Další užívanou jednotkou je 1 kalorie (1 cal) = 4,185 J.

Jak se počítá kinetická energie tělesa vykonávajícího posuvný pohyb

V mechanice je kinetická energie tělesa, které vykonává posuvný pohyb definována vztahem:

E_k = 1/2 mv²,

kde m je hmotnost tělesa v kg; v značí rychlost tělesa v m/s, která se vztahuje k určité vztažné soustavě.

Kinetická energie závisí na rychlosti, ne však na jejím směru.

Jak se počítá kinetická energie rotačního pohybu

Pro výpočet kinetické energie tělesa, které vykonává rotační pohyb (pohyb po kružnici), můžeme použít vzorec v tomto tvaru:

E_k = ½ mν²,

ν = ωr,

kde kde ν – obvodová rychlost v m/s; r – vzdálenost tělesa měřená kolmo k ose v m; ω – úhlová rychlost v radiánech za sekundu (rad/s, ev. s^-1).

E_k = ½ mω²r²,

J = mr²,

kde J se nazývá moment setrvačnosti, udává se v kg/m².

E_k = ½ Jω².

Kinetická energie elektronu

Kinetická energie získaná elektronem urychleným napětím 1 V (ve vakuu) má hodnotu 1 elektronvolt (1 eV). 1 eV odpovídá přibližně 1,602×10^-19 J.

Jak jsme nadhodili, aby získal elektron kinetickou energii, musí být „popostrčen“. K tomu může být využita i energie dopadajícího záření, k čemuž dochází během tzv. fotoelektrického jevu.

Fotoelektrický jev

Představte si, že na nějakou látku skládající se z protonů, elektronů a neutronů, vyšlete světelný paprsek. To způsobí uvolnění elektronů.

Řekli bychom, že fotoelektrický jev se tak trochu vymyká klasické fyzice, podle které by elektron urychlený zářením měl získat kinetickou energii odpovídající intenzitě urychlujícího záření (podle zákona zachování energie). Jenže tomu tak ve skutečnosti není. Bylo zjištěno, že získaná kinetická energie elektronu závisí na frekvenci dopadajícího záření.

Aby se elektron uvolnil, musí být vystaven záření o mezní frekvenci a vyšší. Kvantum záření nutné pro dosažení mezní frekvence se nazývá jako výstupní práce.

Pro fotoelektrický jev můžeme použít vztah:

E = W + ½ mv²,

E = hν = ħω,

ħ = h/(2π),

ω = 2πν,

kde E je energie dopadajícího fotonu v J; W značí výstupní práci materiálu v J; h je Planckova konst. (h = 6,62607015×10⁻³⁴ Js); ν je frekvence dopadajícího záření v s^-1; ν₀ je mezní frekvence látky v s_-1; m je váha uvolněného elektronu (m = 9,1×10^-31 kg); v značí rychlost uvolněného elektronu v m/s; ħ je označení pro redukovanou Planckovu konstantu; ω je kruhová frekvence.

Kinetická energie fotonu

Foton je částicí záření. Jeho existence je závislá na pohybu, protože v klidovém stavu má nulovou hmotnost. Maximální rychlosti c a maximální pohyblivosti p (p = mc) dosahuje foton ve vakuu.
Kinetická energie fotonu je dána vztahem:

E = hν = mc²,

kde E je označení pro energii fotonu v J; h je Planckova konst. (h = 6,62607015×10⁻³⁴ Js); ν je frekvence fotonu v s^-1; m určuje hmotnost fotonu v kg a c je rychlost záření ve vakuu (c = 3×10⁸ m/s).