一個質量為 1 kg 的物體從 5 米高處落下,得到以下資料
| 離地高度 | 速度 |
| $5\ m$ | $0\ m/s$ |
| $3.2\ m$ | $6\ m/s$ |
| $0\ m$ | $10\ m/s$ |
透過計算說明以上資料是否驗證了能量守恆定律(忽略空氣阻力)。$(g=10\ m/s^2)$."
物體的給定資料可以如下圖所示:
如題,物體質量 $m=1\ kg$
重力加速度 $g=10\ m/s^2$
在 A 點 $(高度=5\ m)$
速度 $v=0$ [如資料表所示]
高度 $h=5\ m$
因此,動能 $K_A=\frac{1}{2}mv^2$
$=\frac{1}{2}\times1\ kg\times 0$
$=0$
其勢能 $P_A=mgh$
$=1\ kg\times 10\ m/s^2\times 5\ m$
$=50\ J$
總能量 $E=K_A+P_A$
$=0+50\ J$
$=50\ J$
在 B 點 $(高度=3.2\ m)$:
速度 $v=6\ m/s$
高度 $h=3.2\ m$
因此,動能 $K_B=\frac{1}{2}mv^2$
$=\frac{1}{2}\times1\ kg\times(6\ m/s)^2$
$=18\ J$
其在 B 點的勢能,$P_B=mgh$
$=1\ kg\times10\ m/s^2\times3.2\ m$
$=32\ J$
B 點的總能量,$E_B=K_B+P_B$
$=18\ J+32\ J$
$=50\ J$
在 C 點 $(地面,h=0)$
速度 $v_C=10\ m/s$
高度 $h=0$
因此,動能 $K_C=\frac{1}{2}mv^2$
$=\frac{1}{2}\times 1\ kg\times 10^2$
$=50\ J$
勢能 $P_C=mgh$
$=1\ kg\times10\ m/s^2\times 0$
$=0$
因此,地面(C 點)的總能量,$E_C=K_C+P_C$
$=50\ J+0$
$=50\ J$
很明顯,總能量在每個點都保持不變,這證明了能量守恆定律。
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