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# 動能 ![](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/31/Behemoth_roller_coaster_near_bend.jpg/1920px-Behemoth_roller_coaster_near_bend.jpg) 一個運動中的物體,是否因為移動而具有能量呢?答案是有的。只要一個物體具有質量,並且以不等於 0 的速度運動,那麼它就帶有能量,這種能量稱為**動能**(**kinetic energy**, Ek or KE) ## 計算動能 讓我們先認識一下動能的計算方法,待會再一起來證明公式。對於一個質量為 $m$ 的物體,在速度 $v$ 的狀態下運行,其動能 $E_k$ 為: $$E_k = \frac{1}{2}\cdot mv^2$$ 有時候,我們已知物體的 **[動量](/view/22fc150685?subj=physics)** $p$ 和質量 $m$,並且被要求計算動能 $E_k$,我們可以使用動量的定義 $p = m\cdot v$ 得到這樣的公式方便計算: $$E_k = \frac{p^2}{2m}$$ ## 動能公式的證明 很多教科書中都沒有告訴我們動能的公式是如何證明的,難道是因為動能的公式需要使用到很困難的數學和物理概念?其實並沒有,這個章節的後半段,讓我們一起證明這個公式吧! 首先,讓我們思考一下,一個物體從靜止狀態(不具有動能),要怎麼樣才會得到動能呢?這個問題相當地簡單:一定是有**外力對物體[作功](/view/14ad0a00e6?subj=physics)**,才讓物體具有動能的! 也就是說,在沒有能量耗損的情況下,外力對物體作的功就會等於物體的動能。因此,我們只需要求得物體從靜止加速至速度 $v$ 的過程中,受到外力作的功,就可以求得物體的動能了。 根據定義,作功等於施力乘上平行於施力的位移: $$W = F\cdot S$$ 為了求得作功,我們進一步假設一個質量為 $m$ 的木塊,靜止於光滑的平面上。藉著,我們施予一個水平的推力於這個木塊上,使其以等加速度運動向前加速至速度 $v$。根據 **[牛頓第二定律](/view/e9999cc8c2?subj=physics)** ,物體的加速度 $a$ 為: $$a = \frac{F}{m}$$ 因此,從靜止加速到速度 $v$ 所需的時間 $t$ 為: $$t = \frac{v}{a} = \frac{v\cdot m}{F}$$ 我們的目標是求得物體的位移量,而因為物體進行等加速度運動,其自靜止以加速度 $a$ 向前行進 $t$ 秒所造成的位移為: $$S = \frac{1}{2}a\cdot t^2$$ 將我們剛才求得的 $a$ 和 $t$ 代入這個式子中,我們得到: $$S = \frac{1}{2}\cdot \frac{F}{m}\cdot (\frac{v\cdot m}{F})^2$$ 經過化簡之後,我們得到: $$S = \frac{1}{2}\cdot \frac{m\cdot v^2}{F}$$ 最後,我們將 $S$ 代入作功的定義 $W = F\cdot S$ 求得: $$W = \frac{1}{2}\cdot mv^2$$ 而因為物體所具有的動能等於作功,$E_k = W$: $$E_k = \frac{1}{2}\cdot mv^2$$
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