mechanická energia

Fyzický

2022

Vysvetlíme, čo je mechanická energia a ako ju možno klasifikovať. Tiež príklady a potenciálna a kinetická mechanická energia.

Mechanická energia zahŕňa kinetickú, elastickú a potenciálnu energiu objektu.

Čo je mechanická energia?

Mechanická energia je súčet kinetickej energie a potenciálnej energie telesa resp systém. Kinetická energia je energia, ktorú majú telá pohyb, pretože to závisí od ich rýchlosti a hmotnosti. Potenciálna energia je na druhej strane spojená s pôsobením síl, ktoré sa nazývajú konzervatívne, ako sú elastické a gravitačné sily, ktoré závisia od hmotnosti telies a ich polohy a štruktúru.

The Princíp zachovania energie stanovuje, že mechanická energia je zachovaná (zostáva konštantná), pokiaľ sú sily pôsobiace na telo alebo systém konzervatívne, to znamená, že nespôsobujú stratu energie systému. Tento princíp možno matematicky zapísať takto:

Emec = Ec + Ep = cte

kdeEc jeKinetická energia systému aEp jehopotenciálna energia, ktoré môžu byť gravitačné, elastické, elektrické atď.

Tento vzťah neplatí, ak systém ovplyvňujú nekonzervatívne sily. Napríklad pri pohyboch na povrchoch s trením (ako väčšina povrchov) sa kinetická energia rozptýli vo forme teplo. Mechanická energia systému sa môže stratiť aj vo forme tepla, napríklad v termodynamických systémoch, v ktorých sa mechanická energia môže premeniť na tepelný.

Mechanická energia sa často používa na vykonávanie práce alebo na jej premenu na iné formy energie, ako naprhydraulickej energie (keď človek využíva potenciálnu energiu padajúcej vody na prácu). Ďalším príkladom je veterná energia respEnergia morskej vody, ktorý využíva kinetickú energiu vetra a prílivu a odlivu na ich premenu na iný typ užitočnej energie.

Druhy mechanickej energie

Kinetická energia súvisí s rýchlosťou a premiestnením predmetov.

Mechanická energia je súčtom nasledujúcich energií:

  • Kinetická energia. Je to energia, ktorú majú predmety alebo pohybujúci sa systém a ktorá závisí od ich rýchlosti a ich rýchlosti omša. Napríklad: lopta v pohybe.
  • Potenciálna energia. Je to energia spojená s polohou telesa v rámci konzervatívneho silového poľa, ako je gravitačné, elastické, elektrické atď. Potenciálna energia môže byť zase dvoch typov:
    • Gravitačná potenciálna energia. Je to energia, ktorá je spôsobená pôsobenímgravitácia nad telami. Napríklad: predmet, ktorý spadne z určitej výšky.
    • Elastická potenciálna energia. Je to energia, ktorú majú systémy deformované a sila. Energia zostáva v systéme, kým sila už nepôsobí a tak sa systém vráti do pôvodného tvaru, pričom sa elastická energia premení na kinetickú energiu. Napríklad: pružina, ktorá je natiahnutá alebo stiahnutá pomocou vonkajšej sily, ktorá, keď nie je aplikovaná, umožňuje pružine vrátiť sa do svojej normálnej, rovnovážnej polohy.

Príklady mechanickej energie

Niektoré možné príklady mechanickej energie v jej rôznych formách sú nasledovné:

  • Vozík na horskú dráhu. Vo svojom najvyššom bode bude mať vozík dostatok potenciálnej gravitačnej energie (v dôsledku výšky), aby mohol o sekundu neskôr voľne spadnúť a premeniť ju na kinetickú energiu (v dôsledku pohybu) a dosiahnuť závratnú rýchlosť.
  • Veterný mlyn. Kinetická energia vetra zaisťuje tlačenie lopatiek mlyna, ktoré sa mení na mechanickú prácu: otáčanie ozubeného kolesa, ktoré pomelie zrná nižšie.
  • Kyvadlo Gravitačná potenciálna energiahmotnosť premieňa sa na kinetickú energiu, aby sa mohol pohybovať po svojej dráhe, pričom šetrí celkovú mechanickú energiu.
  • Odrazový mostík. Kúpajúci sa, ktorý skočí zo skokanského mostíka, svojou váhou (gravitačná potenciálna energia) deformuje skokanský mostík smerom nadol (elastická potenciálna energia) a tá, keď znovu nadobudne svoj tvar, tlačí ho smerom nahor, čím sa zvyšuje jeho výška (väčší gravitačný potenciál), čím naň pôsobí. sa často premieňa na kinetickú energiu pri voľnom páde do vody.

Kinetická a potenciálna mechanická energia

Ako už bolo povedané, mechanická energia zahŕňa dve energie: kinetickú a potenciálnu.

Prvý sa dá vypočítať podľa jednoduchého vzorcaEc = ½ m. v2 a vaša jednotka meranie pri Medzinárodný systém budú Joule (J).

Namiesto toho je potenciálna energia množstvo energie uloženej v systéme v dôsledku jeho konkrétnej konfigurácie alebo jeho polohy vzhľadom na pole síl (gravitačné, elastické alebo elektromagnetické). Túto energiu je možné premeniť na iné formy energie, ako je samotná kinetika.

!-- GDPR -->