mekanisk energi omgiver os i den naturlige verden og i de maskiner, vi bygger. Kig rundt, og mekanisk energi findes overalt.
der er mange typer mekanisk energi, fra en teenager, der cykler til gymnasiet til en ødelæggende kugle, der nedbryder et hus.
læs videre og for at opdage mere om mekanisk energi.
Hvad Er Mekanisk Energi?
lad os først overveje, hvad energi er. Energi er evnen til at udføre arbejde. Der er mange former for energi, og mekanisk energi er en af dem.
mekanisk energi defineres som et objekts evne til at udføre arbejde. Mængden af arbejde, et objekt kan udføre, afhænger af to ting: dets position og dets bevægelse.
vi er nødt til at forstå mere om, hvordan et objekts position og bevægelse påvirker dets energi, før vi ser nærmere på mekanisk energi.
Hvad Er Potentiel Energi?
potentiel energi er positionsenergien, også kaldet lagret energi. Dens energi eksisterer på grund af objekternes position i forhold til hinanden. Det vil sige, at objektets energi ændres, når objektets position ændres, eller når objektet bevæger sig position.
for eksempel har en bog på gulvet relativt lidt potentiel energi — den har minimal kapacitet til at bevæge sig selv eller interagere med andre stillestående eller bevægelige objekter. Lad os nu løfte den bog og afbalancere den på kanten af en hylde. Det har meget mere potentiel energi på dette tidspunkt. Hvorfor? Fordi bogen kan falde og klemme en forbipasserende fejl, eller skade din tå, eller lav et højt smell, når det rammer gulvet.
vi har givet bogen gravitationel potentiel energi. Bogen holdes lodret ved hylden. Jordens gravitationskræfter har givet bogen sin lagrede energi af position eller potentiel energi. Antag, at objektets masse er større. I så fald skal du bytte bogen ud for en 10 pund håndvægt-objektets gravitationspotentielle energi øges også.
der er en anden form for potentiel energi relateret til mekanisk energi kaldet elastisk potentiel energi. Dette er potentiel energi, der bliver gemt i et objekt, der kan komprimeres eller strækkes.
tænk på en bueskytte, der strækker den elastiske streng tilbage på en bue. Den spændte streng har elastisk potentiel energi. Når den er frigivet, vil den elastiske streng fremdrive en pil fremad.
både gravitations-og elastiske potentielle energier er positionsenergier og lige så vigtige faktorer, når man diskuterer mekanisk energi.
Hvad Er Kinetisk Energi?
kinetisk energi refererer til energien af bevægelse og bevægelse. Tænk tilbage på vores eksempel på bogen, afbalanceret på en hylde, fuld af potentiel energi.
skulle bogen falde til jorden, har den kinetisk energi under sin tumle — bogens energi skifter fra potentiel energi til kinetisk energi (bevægelse). Det er det samme med pilen — dens potentielle energi i en trukket bue bliver kinetisk energi, når pilen brænder og bevæger sig gennem luften.
forståelse af mekanisk energi, potentiel energi og kinetisk energi
som nævnt er mekanisk energi et objekts evne til at udføre arbejde. Det er også summen af den potentielle energi af et objekt (tyngdekraft eller elastik) og dets kinetiske energi. Lad os finde ud af, hvordan alle tre interagerer.
loven om bevarelse af energi siger, at energi ikke kan skabes eller ødelægges. Energi kan kun omdannes fra en energiform til en anden.
denne lov er afgørende for mekanisk energi, fordi det betyder, at vi kan forstå nettokraften i et mekanisk system. Vi kan udarbejde den mekaniske energi af et objekt, fordi den samlede energi (potentiel + kinetisk) ikke ændres.
Hvad er eksempler på mekanisk energi?
kilde
hverdagen er fuld af mekanisk energi. Her fem eksempler:
- en ødelæggende bold, der nedbryder bygninger, har potentiel energi, når den tunge bold er klar på toppen af sin sving. Når bolden frigives, starter en cirkulær bevægelse, har den kinetisk energi. Når bolden rammer bygningen, anvender den kraft til bygningen-mekanisk energi-et objekts evne til at udføre arbejde. I dette tilfælde er arbejdet udført af bolden, der ødelægger bygningen.
- vindmøller bruger mekanisk energi til at omdanne vindenergi til elektrisk energi. Energien i vinden virker på knivene ved at dreje dem, hvilket drejer turbinerne, der skaber elektricitet. Vinden har fået arbejdet til at udføres ved hjælp af mekanisk energi.
- en cyklist, der står ved siden af deres cykel, har kemisk potentiel energi takket være maden i deres mave. En kemisk proces frigiver den kemiske energi i maden for at give cyklisten mulighed for at hoppe på deres cykel og anvende kraft på pedalerne. Pedaling er en form for mekanisk energi.
- tilsvarende har en kuglebold mere potentiel energi, når vi henter den i kuglebanen. Når vi skål det ned i gyden, bliver den potentielle energi omdannet til kinetisk energi. Bolden har nu evnen til at udføre “arbejde” på hvad det måtte støde på. I dette tilfælde vil det (forhåbentlig!) vær stifterne. Det er mekanisk energi, der fortrænger stifterne for, hvad der vil være en strejke.
- Kerneenergi kommer fra kraftværker, der bruger varme fra fission til at dreje elektriske generatorer til at producere elektricitet. Drejningen af generatorerne er mekanisk energi.
Hvordan Beregner Du Mekanisk Energi?
mekanisk energi er summen af den potentielle energi af et objekt og et objekts kinetiske energi. Både potentiel energi og kinetisk energi måles i joule.
vi kan finde ud af et objekts tyngdepotentiale via denne formel: PE = mgh.
- PE er potentiel energi
- m er dens masse i kg
- g er jordens tyngdeacceleration (defineret som 9,8 m/sek2)
- h er objektets højde over jordens overflade i meter
hvis vi holder en fire kilo hammer (8 pund, 13 ounces) omkring 1,5 meter (fem fod) fra jorden, ville dens potentielle energi være:
PE = 4 (kg) 9,8 1,5 = 58,8 joules.
formlen for kinetisk energi er KE = liter m v2.
- KE er kinetisk energi
- m er objektets masse
- v er objektets hastighed i meter per sekund
lad os bash et søm ind i væggen med vores fire kilo hammer og antage, at vi bevæger os med 20 meter per sekund (65 fod per sekund). Det giver:
KE = 0,5 (liter) 4 (kg) 20 (hastighed) kvadreret = 800 joules.
mekanisk energi er PE + KE, hvilket giver hammeren 858 joules af mekanisk energi.
faktorer, der påvirker et objekts mekaniske energi
mekanisk energi er underlagt påvirkninger udefra, der påvirker dets værdier. I mange eksempler på mekanisk energi går energi tabt, når “arbejdet” er afsluttet.
ikke alle et objekts potentiale og kinetiske energi bliver altid mekanisk energi. Der er ofte en udslip af energi.
Hvad er bevarelsen af mekanisk energi?
kilde
billede en rutsjebane, der bevæger sig langs et lige spor ved hjælp af kinetisk energi. Rutsjebanen har den nøjagtige mængde energi til at nå toppen af en nærliggende stigning og stopper øverst, hvor den forbliver stationær. Dens kinetiske energi er omdannet til potentiel energi.
tomme for tomme, rutsjebanen topper toppen og falder ned på den anden side. Potentialet er blevet omdannet til en tilsvarende mængde kinetisk energi.
rutsjebanens samlede mekaniske energi har ikke ændret sig under toppe og nedstigninger eller under omdannelsen fra kinetisk energi til potentiel energi og tilbage til kinetisk energi.
systemets energi er forblevet den samme. Dette kaldes princippet om bevarelse af mekanisk energi.
er mekanisk energi påvirket af ikke-konservative kræfter?
princippet om bevarelse af mekanisk energi forudsætter, at den samlede mekaniske energi af et objekt ikke ændres. (I vores eksempel ville det være rutsjebanen.) Ingen anden kraft virker på den. Som sådan går ingen energi tabt, da vores rutsjebane ændrer sin kinetiske energi til potentiel energi.
selvfølgelig er ikke alle energioverførsler så enkle. Eksterne kræfter og friktionskræfter spiller en rolle i ligningen, noget fysisk videnskab bag det teoretiske. Energi kan gå tabt. Hvordan?
friktionskræfter, også kendt som ikke-konservative kræfter, tager energi væk fra systemet. Disse kræfter inkluderer rutsjebanens luftmodstand eller termisk energi, der går tabt, når hjulene opvarmer sporene. Systemet kan ikke genvinde denne tabte energi.
hvor meget mekanisk energi går tabt i en kollision?
kollisioner er en anden måde mekanisk energi kan påvirkes på. Der er to typer kollisioner.
en elastisk kollision er ligetil at forstå i energimæssige termer – ingen kinetisk energi går tabt i dette scenario, og systemets energi forbliver den samme.
Forestil dig to vogne, der kører mod hinanden med samme hastighed. Til sidst, de bang ind i hinanden. Kollisionen sætter dem i en ny retning, men uden hastighedstab. Denne kollision er defineret som en perfekt elastisk kollision uden kinetisk energitab.
en sådan perfekt elastisk kollision er sandsynligvis urealistisk i det virkelige liv. Kollisioner mellem atomer i gasser er et bedre eksempel på elastiske kollisioner. En vugge er måske det nærmeste praktiske eksempel på en elastisk kollision, hvor ubetydelig kinetisk energi går tabt, når kuglerne svinger frem og tilbage.
en uelastisk kollision opstår, når kinetisk energi går tabt i en kollision. Hvis disse to vogne kolliderer og derefter fortsætter deres rejse med en langsommere hastighed, er kinetisk energi gået tabt. Et sådant scenario er meget mere sandsynligt end en elastisk kollision.
hvis du hopper en bold, og den ikke hopper op så højt som den højde, hvorfra den blev droppet, er det en uelastisk kollision. En kuglekugle, der smadrer ind i stifter, er en uelastisk kollision, fordi kuglekuglen bremser efter kontakt.
Hvem Opdagede Mekanisk Energi Kunne Gå Tabt?
James Prescott Joule, en engelsk fysiker, matematiker og brygger, var en tilsyneladende usandsynlig opdager af virkningerne af energitab i mekanisk energi.
Joule havde ingen formel fysikuddannelse, men en stor interesse for mekanik. Han observerede og studerede varme genereret gennem forskellige kilder, herunder omrøring af vand med en padle og udvidelse af en gas til et vakuum. Joules forståelse af, at varme kunne skabes ved mekanisk arbejde, ændrede videnskabelig tænkning i det 19.århundrede.
hans arbejde blev rygraden i princippet om bevarelse af energi og termodynamikens første lov. Denne lov siger, at varme er en energi, der ikke kan skabes eller ødelægges, men kan overføres eller omdannes til en anden energitype.
forståelse af definitionen af mekanisk energi
mekanisk energi er en af de mest almindelige energityper. Det beskriver et objekts evne til at udføre en form for arbejde.
vi ser mekanisk energi i aktion hver dag, når vi henter stationære genstande og får dem til at udføre opgaver for os, fra at skyde bøjler til at spille guitar.
mekanisk energi er den energi eller kraft, som objekter har gennem bevægelse eller skiftende position.
bragt til dig af amigoenergy
alle billeder licenseret fra Adobe Stock.
udvalgte billede: