Perubahan Energi Mekanik untuk Gaya nonkonservatif
Pertimbangkan buku meluncur di permukaan dalam bagian sebelumnya. Sebagaimana buku bergerak menempuh jarak d, satu-satunya gaya yang melakukan usaha padanya adalah gaya gesekan kinetik. Gaya ini menyebabkan -fkd perubahan energi kinetik dari buku seperti yang
dijelaskan oleh Persamaan 8.13.
Sekarang, bagaimanapun, misalkan buku tersebut adalah bagian dari sebuah sistem yang juga menunjukkan perubahan energi potensial. Dalam kasus ini, -fkd adalah jumlah dimana energi
mekanik dari sistem berubah karena gaya gesekan kinetik. Misalnya, jika buku bergerak pada lereng yang tidak ada gesekan, ada perubahan baik dalam energi kinetik dan energi potensial gravitasi dari sistem buku-Bumi. Akibatnya,
∆Emech = ∆K + ∆Ug = -fkd
Secara umum, jika gaya gesekan bertindak dalam suatu sistem yang terisolasi, ∆Emech = ∆K + ∆U = -fkd (8.16)
di mana ∆U adalah perubahan segala bentuk energi potensial. Perhatikan bahwa Persamaan 8.16 untuk mengurangi Persamaan 8.10 jika gaya gesekan adalah nol.
Jika sistem di mana gaya nonkonservatif bekerja yang merupakan nonisolated dan pengaruh eksternal pada sistem adalah dengan cara kerja, generalisasi Persamaan 8.13 adalah
∆Emech = -fkd + ∑ Wother forces (8.17)
Persamaan 8.17, dengan bantuan Persamaan 8.7 dan 8.15, dapat ditulis sebagai ∑ Wother forces = W = ∆K + ∆U + ∆Eint
Ini bentuk tereduksi Persamaan 8.2 merupakan model sistem nonisolated untuk sistem yang memiliki energi potensial dan di mana gaya nonkonservatif bekerja. Dalam prakteknya selama pemecahan masalah, Anda tidak perlu menggunakan persamaan seperti Persamaan 8.15 atau Persamaan 8.17. Anda hanya dapat menggunakan Persamaan 8.2 dan tetap hanya istilah-istilah dalam persamaan yang sesuai dengan kondisi fisik.
Strategi Pemecahan Masalah
SISTEM DENGAN gaya nonkonservatif
Prosedur berikut harus digunakan ketika Anda menghadapi masalah yang melibatkan suatu sistem di mana gaya nonkonservatif bertindak:
1. Konsep. Mempelajari situasi fisik dengan hati-hati dan membentuk representasi mental dari apa yang terjadi.
2. Kategorisasi. Tentukan sistem Anda, yang dapat terdiri dari lebih dari satu objek. Sistem ini dapat mencakup pegas atau kemungkinan lain untuk penyimpanan energi potensial. Tentukan apakah ada gaya nonkonservatif hadir. Jika tidak, gunakan prinsip konservasi energi mekanik sebagaimana dimaksud dalam Bagian 8.2. Jika demikian, gunakan prosedur dibahas di bawah. Menentukan apakah usaha apapun yang dilakukan melintasi batas dari sistem anda oleh pasukan selain gesekan. Jika demikian, gunakan Persamaan 8.17 untuk menganalisis masalah. Jika tidak, gunakan Persamaan 8.16.
objek yang mengubah elevasi, pilih posisi referensi untuk objek yang mendefinisikan konfigurasi nol energi potensial gravitasi untuk sistem. Untuk objek pada pegas, nol konfigurasi untuk energi potensial elastis adalah ketika benda berada pada posisi kesetimbangan. Jika ada lebih dari satu gaya konservatif, menulis ekspresi untuk energi potensial yang terkait dengan setiap gaya. Gunakan baik Persamaan 8.16 atau Persamaan 8.17 untuk membangun representasi matematis dari masalah. Selesaikan untuk tidak diketahui.
4. Finalisasi. Pastikan hasil Anda konsisten dengan representasi mental Anda. Juga pastikan nilai-nilai hasil Anda masuk akal dan konsisten dengan koneksi ke pengalaman sehari-hari.
8.5 Daya
Pertimbangkan Contoh Konseptual 7.7 lagi, yang melibatkan kulkas bergulir sampai jalan ke dalam truk. Misalkan orang itu tidak yakin usaha adalah sama terlepas dari panjang lintasan dan membuat sebuah lintasan panjang dengan kenaikan yang pati. Meskipun ia melakukan usaha yang sama seperti seseorang menggunakan jalan pendek, ia membutuhkan waktu lebih lama untuk melakukan usaha karena ia harus memindahkan kulkas lebih dari jarak yang lebih besar. Meskipun usaha yang dilakukan pada kedua bidang miring adalah sama, ada sesuatu yang berbeda tentang tugas: interval waktu selama usaha dilakukan.
Tingkat waktu transfer energi disebut daya sesaat P dan didefinisikan sebagai P dE / dt (8.18)
Kita akan fokus pada usaha sebagai metode transfer energi dalam diskusi ini, namun perlu diingat bahwa gagasan usaha berlaku, untuk setiap sarana transfer energi dibahas dalam Bagian 8.1. Jika gaya eksternal diterapkan pada objek (yang kita modelkan sebagai sebuah partikel) dan jika usaha yang dilakukan oleh gaya ini pada objek dalam interval waktu ∆t adalah W, daya rata-rata selama interval ini adalah:
Pavg = W/∆t
Oleh karena itu, dalam contoh Konseptual 7,7, meskipun usaha yang sama dilakukan dalam menggulirkan kulkas sampai kedua bidang miring, kurang daya yang dibutuhkan untuk jangka jalan.
Dalam cara yang mirip dengan cara kita mendekati definisi kecepatan dan percepatan, daya sesaat adalah nilai limit dari daya rata-rata sebagai ∆t mendekati nol:
P = lim
di mana kita telah mewakili nilai kecil dari usaha yang dilakukan oleh dW. Kita menemukan dari Persamaan 7.3 yang dW = F . dr.
Oleh karena itu, daya sesaat dapat ditulis
P = F . dr = F. V (8.19)
Satuan SI daya; joule per detik (J / s), juga disebut watt (W) setelah James Watt: 1 W = 1 J /s = 1 kg. m2/s3
Sebuah satuan daya dalam sistem adat AS adalah tenaga kuda (hp): 1 hp = 746 W
Sebuah satuan energi (atau usaha) sekarang dapat didefinisikan dalam hal unit daya. Satu
kilowatt jam (kWh) adalah energi yang ditransfer dalam 1 jam pada laju konstan 1 kW = 1000 J / s. Jumlah energi yang diwakili oleh 1 kWh
1 kWh = (103 W) (3 600 s) = 3,60 X 106 J
