mechanická energie nás obklopuje v přírodním světě a ve strojích, které stavíme. Rozhlédněte se a mechanická energie se nachází všude.
existuje mnoho typů mechanické energie, od teenagera, který jezdí na kole, přes střední školu až po demoliční kouli demolující dům.
čtěte dál a dozvíte se více o mechanické energii.
Co Je Mechanická Energie?
nejprve zvážíme, jaká je energie. Energie je schopnost dělat práci. Existuje mnoho forem energie a mechanická energie je jednou z nich.
mechanická energie je definována jako schopnost objektu pracovat. Množství práce, kterou může objekt udělat, závisí na dvou věcech: jeho poloze a pohybu.
musíme pochopit více o tom, jak poloha a pohyb objektu ovlivňují jeho energii, než se podíváme dále na mechanickou energii.
Co Je Potenciální Energie?
potenciální energie je energie polohy, nazývaná také uložená energie. Jeho energie existuje kvůli poloze objektů vůči sobě navzájem. To znamená, že energie objektu se mění, když se změní poloha objektu nebo když se objekt pohybuje.
například kniha na podlaze má relativně malou potenciální energii — má minimální schopnost pohybovat se sama nebo interagovat s jinými stále se pohybujícími objekty. Zvedněme tu knihu a vyrovnejme ji na okraji police. V tuto chvíli má mnohem více potenciální energie. Proč? Protože kniha by mohla spadnout a rozdrtit projíždějící chybu, nebo zranit váš prst, nebo udělat hlasitý třesk, když dopadne na podlahu.
dali jsme knihu gravitační potenciální energie. Kniha je držena ve svislé poloze u police. Gravitační síly země daly knize její uloženou energii polohy nebo potenciální energii. Předpokládejme, že hmotnost objektu je větší. V takovém případě vyměňte knihu za činku o hmotnosti 10 liber — gravitační potenciální energie objektu se také zvyšuje.
existuje druhá forma potenciální energie související s mechanickou energií nazývanou elastická potenciální energie. Toto je potenciální energie, která se uloží do objektu, který lze komprimovat nebo natáhnout.
myslete na lukostřelce, který natahuje elastickou šňůru na přídi. Napjatý řetězec má elastickou potenciální energii. Po uvolnění bude Elastický řetězec pohánět šipku dopředu.
gravitační i elastická potenciální energie jsou energie polohy a stejně důležité faktory při diskusi o mechanické energii.
Co Je Kinetická Energie?
kinetická energie označuje energii pohybu a pohybu. Vzpomeňte si na náš příklad knihy, vyvážené na polici, plné potenciální energie.
pokud kniha spadne na zem, má během svého pádu kinetickou energii-energie knihy se mění z energie potenciální na kinetickou energii (pohyb). Je to stejné s šípem – jeho potenciální energie v nakresleném luku se stává kinetickou energií, když šíp vystřelí a pohybuje se vzduchem.
pochopení mechanické energie, potenciální energie a kinetické energie
jak již bylo zmíněno, mechanická energie je schopnost objektu pracovat. Je to také součet potenciální energie objektu (gravitační nebo elastické) a jeho kinetické energie. Zjistíme, jak všechny tři interagují.
zákon zachování energie říká, že energie nemůže být vytvořena nebo zničena. Energie se může přeměnit pouze z jedné formy energie na druhou.
tento zákon je životně důležitý pro mechanickou energii, protože to znamená, že můžeme pochopit čistou sílu mechanického systému. Můžeme zjistit mechanickou energii objektu, protože celková energie (potenciál + kinetika) se nemění.
jaké jsou příklady mechanické energie?
zdroj
každodenní život je plný mechanické energie. Zde pět příkladů:
- demoliční koule, která demoluje budovy, má potenciální energii, když je těžká koule na vrcholu svého švihu. Když je míč uvolněn, začíná kruhový pohyb, má kinetickou energii. Když míč zasáhne budovu, aplikuje sílu na budovu-mechanickou energii-schopnost objektu pracovat. V tomto případě je práce prováděna míčem, který ničí budovu.
- větrné turbíny používají mechanickou energii k přeměně větrné energie na elektrickou energii. Energie ve větru pracuje na lopatkách jejich otáčením, což otáčí turbíny, které vytvářejí elektřinu. Vítr způsobil, že práce byla provedena pomocí mechanické energie.
- cyklista stojící vedle svého kola má chemickou potenciální energii díky jídlu v žaludku. Chemický proces uvolňuje chemickou energii v potravinách, aby cyklista mohl naskočit na kolo a aplikovat sílu na pedály. Šlapání je forma mechanické energie.
- podobně má bowlingová koule více potenciální energie, jakmile ji vyzvedneme v bowlingové dráze. Jakmile ji mísíme uličkou, potenciální energie se změní na kinetickou energii. Míč má nyní schopnost provádět „práci“ na čemkoli, s čím se může setkat. V tomto případě to bude (doufejme!) být kolíky. Je to mechanická energie, která vytěsňuje kolíky za to, co bude stávka.
- Jaderná energie pochází z elektráren, které využívají teplo z štěpení k přeměně elektrických generátorů na výrobu elektřiny. Otáčení generátorů je mechanická energie.
Jak Vypočítáte Mechanickou Energii?
mechanická energie je součet potenciální energie objektu a kinetické energie objektu. Potenciální i kinetická energie se měří v joulech.
gravitační potenciál objektu můžeme zjistit pomocí tohoto vzorce: PE = mgh.
- PE je potenciální energie
- m je jeho hmotnost v kilogramech
- g je gravitační zrychlení země (definované jako 9.8 m/sec2)
- h je výška objektu nad zemským povrchem v metrech
pokud držíme čtyřkilogramové kladivo (8 liber, 13 uncí) asi 1,5 metru (pět stop) od země, jeho potenciální energie by byla:
PE = 4 (kg) x 9,8 x 1,5 = 58,8 joulů.
vzorec pro kinetickou energii je ke = ½ m v2.
- KE je kinetická energie
- m je hmotnost objektu
- v je rychlost objektu v metrech za sekundu
vraťme hřebík do zdi s naším čtyřkilogramovým kladivem a předpokládáme, že se pohybujeme rychlostí 20 metrů za sekundu (65 stop za sekundu). To dává:
KE = 0,5 ( ½ ) x 4 (kg) x 20 (rychlost) na druhou = 800 joulů.
mechanická energie je PE + KE, což dává kladivu 858 joulů mechanické energie.
faktory ovlivňující mechanickou energii objektu
mechanická energie podléhá vnějším vlivům, které ovlivňují její hodnoty. V mnoha příkladech mechanické energie se energie ztrácí při dokončení „práce“.
ne všechna potenciální a kinetická energie objektu se vždy stává mechanickou energií. Často dochází k prosakování energie.
co je zachování mechanické energie?
zdroj
obrázek horské dráhy pohybující se po přímé dráze za použití kinetické energie. Horská dráha má přesné množství energie, aby dosáhla vrcholu blížícího se stoupání a zastavila se na vrcholu, kde zůstává nehybná. Jeho kinetická energie se přeměnila na potenciální energii.
palec po palci, horská dráha vrcholí vrchol a sestupuje na druhou stranu. Potenciál byl přeměněn na ekvivalentní množství kinetické energie.
celková mechanická energie vozu na horské dráze se nezměnila během vrcholů a klesání ani během přeměny z kinetické energie na potenciální energii a zpět na kinetickou energii.
energie systému zůstala stejná. Toto se nazývá princip zachování mechanické energie.
je mechanická energie ovlivněna Nekonzervativními silami?
princip zachování mechanické energie předpokládá, že celková mechanická energie objektu se nemění. (V našem příkladu by to byla horská dráha.) Na něj nepůsobí žádná jiná síla. Jako takový, žádná energie je ztracena jako naše horská dráha mění svou kinetickou energii pro potenciální energii.
samozřejmě, že ne každý přenos energie je tak jednoduchý. Vnější síly a třecí síly hrají roli v rovnici, některé fyzikální vědy za teoretické. Energie se může ztratit. Jak?
třecí síly, známé také jako nekonzervativní síly, odebírají energii ze systému. Tyto síly zahrnují odpor vzduchu horské dráhy nebo tepelnou energii ztracenou při zahřívání kolejí. Systém nemůže tuto ztracenou energii Obnovit.
kolik mechanické energie se při kolizi ztratí?
kolize jsou dalším způsobem, jak může být ovlivněna mechanická energie. Existují dva typy kolizí.
elastická kolize je z energetického hlediska srozumitelná-v tomto scénáři není ztracena žádná kinetická energie a energie systému zůstává stejná.
Představte si dva vozíky jedoucí proti sobě stejnou rychlostí. Nakonec, bouchnou do sebe. Kolize je vyrazí novým směrem, ale bez ztráty rychlosti. Tato kolize je definována jako dokonale elastická kolize bez ztráty kinetické energie.
taková dokonale elastická kolize je v reálném životě pravděpodobně nereálná. Srážky mezi atomy v plynech jsou lepším příkladem elastických kolizí. Newtonova kolébka je možná nejbližším praktickým příkladem elastické kolize, kde se ztrácí zanedbatelná kinetická energie, když se koule houpají sem a tam.
k nepružné kolizi dochází, když se při kolizi ztratí kinetická energie. Pokud se tyto dva vozíky srazí a poté pokračují ve své cestě pomalejší rychlostí, kinetická energie byla ztracena. Takový scénář je mnohem pravděpodobnější než elastická kolize.
pokud odrazíte míč a neodrazí se tak vysoko, jako je výška, ze které byl upuštěn, je to nepružná kolize. Bowlingová koule rozbíjející se do kolíků je nepružná kolize, protože bowlingová koule se po kontaktu zpomaluje.
Kdo Zjistil, Že Mechanická Energie Může Být Ztracena?
James Prescott Joule, anglický fyzik, matematik a Sládek, byl zdánlivě nepravděpodobným objevitelem účinků ztráty energie v mechanické energii.
Joule neměl formální fyzikální vzdělání, ale zájem o mechaniku. Pozoroval a studoval teplo generované různými zdroji, včetně míchání vody pádlem a expanze plynu do vakua. Jouleovo pochopení, že teplo může být vytvořeno mechanickou prací, změnilo vědecké myšlení v 19. století.
jeho práce se stala páteří principu zachování energie A prvního zákona termodynamiky. Tento zákon stanoví, že teplo je energie, která nemůže být vytvořena nebo zničena, ale může být převedena nebo přeměněna na jiný typ energie.
pochopení definice mechanické energie
mechanická energie je jedním z nejběžnějších typů energie. Popisuje schopnost objektu provádět nějakou formu práce.
vidíme mechanickou energii v akci každý den, když sbíráme stacionární předměty a nutíme je plnit úkoly pro nás, od střelby obručí až po hraní na kytaru.
mechanická energie je energie nebo síla, kterou mají objekty pohybem nebo změnou polohy.
vám přináší amigoenergy
Všechny obrázky licencované od Adobe Stock.
doporučený obrázek: