如果一輛汽車的質量為1500公斤,那麼將它的速度從30公里/小時提高到60公里/小時需要做多少功?
已知:
汽車質量,m = 1500 kg
汽車初始速度,u = 30 km/h = $\frac{30\times 1000m}{3600s}=\frac{25}{3}m/s$ [已將km/h轉換為m/s]
汽車最終速度,v = 60 km/h = $\frac{60\times 1000m}{3600s}=\frac{50}{3}m/s$ [已將km/h轉換為m/s]
求解:所做的功 (W)
解答
根據功-能定理或動能與功之間的關係,作用於物體的功等於其動能的變化。
因此,作用於汽車的功 = 汽車動能(K.E)的變化
= $最終動能 - 初始動能$
$所做的功, W =\frac{1}{2}m{v}^{2}-\frac{1}{2}m{u}^{2}$ $[\because K.E=\frac{1}{2}m{v}^{2}, \ 其中, 物體的質量=m, 物體運動的速度=v]$
$W=\frac{1}{2}m[{v}^{2}-{u}^{2}]$ [提出公因式]
現在,代入數值:
$W=\frac{1}{2}\times 1500[(\frac{50}{3}{)}^{2}-(\frac{25}{3}{)}^{2}]$
$W=\frac{1}{2}\times 1500[(\frac{50}{3}+\frac{25}{3})(\frac{50}{3}-\frac{25}{3})]$ $[\because ({a}^{2}-{b}^{2})=(a+b)(a-b)]$
$W=\frac{1}{2}\times 1500\times \frac{75}{3}\times \frac{25}{3}$
$W=156250J$
因此,如果汽車的質量為1500公斤,那麼將它的速度從30公里/小時提高到60公里/小時需要做的功是156250焦耳。