mekaaninen energia ympäröi meitä luonnossa ja rakentamissamme koneissa. Kun katsoo ympärilleen, mekaanista energiaa löytyy kaikkialta.
mekaanista energiaa on monenlaista, teini-ikäisestä pyöräilijästä lukioon ja taloa purkavasta purkupallosta.
Lue lisää mekaanisesta energiasta.
Mitä On Mekaaninen Energia?
tarkastellaan ensin, mitä energia on. Energia on kykyä tehdä työtä. On olemassa monia energiamuotoja, ja mekaaninen energia on yksi niistä.
mekaaninen energia määritellään esineen kyvyksi tehdä työtä. Se, kuinka paljon työtä esine voi tehdä, riippuu kahdesta asiasta: sen asennosta ja liikkeestä.
meidän on ymmärrettävä enemmän siitä, miten kappaleen sijainti ja liike vaikuttavat sen energiaan, ennen kuin tarkastelemme tarkemmin mekaanista energiaa.
Mikä On Potentiaalienergia?
potentiaalienergia on sijaintienergiaa, jota kutsutaan myös varastoiduksi energiaksi. Sen energia on olemassa kappaleiden sijainnin vuoksi suhteessa toisiinsa. Toisin sanoen kohteen energia muuttuu, kun kohteen sijainti muuttuu tai kun objekti siirtää positiota.
esimerkiksi lattialla olevassa kirjassa on suhteellisen vähän potentiaalienergiaa-sillä on minimaalinen kyky liikkua itsekseen tai olla vuorovaikutuksessa muiden liikkumattomien tai liikkuvien kappaleiden kanssa. Nostetaan kirja ja tasapainotetaan hyllyn reunalla. Siinä on paljon enemmän potentiaalienergiaa tässä vaiheessa. Miksi? Koska kirja voi pudota ja liiskata ohikulkevan ötökän, satuttaa varpaasi tai tehdä kovan pamauksen, kun se osuu lattiaan.
olemme antaneet kirjan gravitaatiopotentiaalienergia. Kirjaa pidetään pystyasennossa hyllyn vieressä. Maan vetovoimat ovat antaneet kirjalle sen varastoituneen sijaintienergian eli potentiaalienergian. Oletetaan, että kappaleen massa on suurempi. Siinä tapauksessa vaihda kirja 10-kiloiseen käsipainoon-myös kappaleen painovoimapotentiaalienergia kasvaa.
on olemassa toinen mekaaniseen energiaan liittyvä potentiaalienergian muoto, jota kutsutaan elastiseksi potentiaalienergiaksi. Tämä on potentiaalienergiaa, joka varastoituu kappaleeseen, jota voidaan puristaa tai venyttää.
ajattele jousiampujaa, joka venyttää kuminauhaa jousella. Jännitetyllä narulla on kimmoinen potentiaalienergia. Vapauduttuaan Elastinen merkkijono kuljettaa nuolta eteenpäin.
sekä gravitaatio-että elastiset potentiaalienergiat ovat sijaintien energioita ja yhtä tärkeitä tekijöitä mekaanisesta energiasta puhuttaessa.
Mikä On Kineettinen Energia?
liike-energialla tarkoitetaan liikkeen ja liikkeen energiaa. Muistele esimerkkiämme kirjasta, joka on tasapainotettu hyllylle, täynnä potentiaalienergiaa.
jos kirja putoaa maahan, sillä on liike — energiansa aikana liike-energiaa-kirjan energia muuttuu potentiaalienergiasta liike-energiaksi. Sama pätee nuoleen: sen potentiaalienergia piirretyssä jousessa muuttuu liike-energiaksi, kun nuoli ampuu ja liikkuu ilmassa.
mekaanisen energian, potentiaalienergian ja kineettisen energian ymmärtäminen
kuten mainittiin, mekaaninen energia on esineen kyky tehdä työtä. Se on myös kappaleen potentiaalienergian (gravitaatio tai kimmoisuus) ja sen liike-energian summa. Selvitetään, miten kaikki kolme vaikuttavat toisiinsa.
energian säilymislain mukaan energiaa ei voi luoda eikä tuhota. Energia voi muuntua vain yhdestä energiamuodosta toiseen.
tämä laki on tärkeä mekaanisen energian kannalta, koska sen avulla voimme ymmärtää mekaanisen järjestelmän nettovoiman. Voimme selvittää kappaleen mekaanisen energian, koska kokonaisenergia (potentiaali + kineettinen) ei muutu.
mitkä ovat esimerkkejä mekaanisesta energiasta?
lähde
arki on täynnä mekaanista energiaa. Tässä viisi esimerkkiä:
- rakennuksia purkavassa purkupallossa on potentiaalienergiaa, kun painava pallo on lyönnin huipulla. Kun pallo vapautetaan aloittaen ympyräliikkeen, sillä on liike-energiaa. Kun pallo osuu rakennukseen, se soveltaa voimaa rakennukseen-mekaanista energiaa-esineen kykyä tehdä työtä. Tällöin tehty työ on sitä, että pallo tuhoaa rakennuksen.
- tuulivoimalat käyttävät mekaanista energiaa muuttaakseen tuulienergian sähköenergiaksi. Tuulienergia vaikuttaa lapoihin pyörittämällä niitä, mikä pyörittää sähköä tuottavia turbiineja. Tuuli on aiheuttanut sen, että työ on tehty mekaanisella energialla.
- pyöränsä vieressä seisova pyöräilijä saa kemiallista potentiaalienergiaa vatsassaan olevan ruoan ansiosta. Kemiallinen prosessi vapauttaa ruoan kemiallista energiaa, jotta pyöräilijä voi hypätä pyöränsä selkään ja kohdistaa voiman polkimiin. Polkeminen on mekaanisen energian muoto.
- vastaavasti keilapallossa on enemmän potentiaalienergiaa, kun haemme sen keilahallista. Kun keilaamme sen kujalla, potentiaalienergia muuttuu liike-energiaksi. Pallolla on nyt kyky tehdä” työtä ” mitä tahansa se saattaa kohdata. Tässä tapauksessa se (toivottavasti!) be the pins. Se on mekaanista energiaa, joka syrjäyttää nastat mitä tulee lakko.
- ydinenergia on peräisin voimalaitoksista, jotka käyttävät fissiosta syntyvää lämpöä sähkögeneraattorien kääntämiseen sähkön tuottamiseksi. Generaattorien pyöriminen on mekaanista energiaa.
Miten Lasketaan Mekaaninen Energia?
mekaaninen energia on kappaleen potentiaalienergian ja kappaleen liike-energian summa. Sekä potentiaalienergia että liike-energia mitataan jouleina.
kappaleen gravitaatiopotentiaali voidaan selvittää tämän kaavan kautta: PE = mgh.
- PE on potentiaalienergia
- m on sen massa kilogrammoina
- g on maan gravitaatiokiihtyvyys (määritelty 9,8 m/s2)
- h on kappaleen korkeus maan pinnan yläpuolella metreinä
jos meillä on neljän kilogramman vasara (8 paunaa 13 unssia) noin 1,5 metriä maanpinnasta, sen potentiaalienergia olisi:
Pe = 4 (kg) x 9,8 x 1,5 = 58,8 joulea.
kineettisen energian kaava on KE = ½ m v2.
- KE on liike-energia
- m on kappaleen massa
- v on kappaleen nopeus metreinä sekunnissa
lyödään naula seinään neljän kilon vasaralla ja oletetaan, että liikumme 20 metriä sekunnissa (65 jalkaa sekunnissa). Näin saadaan:
KE = 0, 5 ( ½ ) x 4 (kg) x 20 (nopeus) potenssiin = 800 joulea.
mekaaninen energia on PE + KE, jolloin vasara saa 858 joulea mekaanista energiaa.
kappaleen mekaaniseen energiaan vaikuttavat tekijät
mekaaniseen energiaan vaikuttavat ulkopuoliset tekijät, jotka vaikuttavat kappaleen arvoihin. Monissa mekaanisen energian esimerkeissä energia katoaa” työn ” valmistuessa.
kaikki kappaleen potentiaali-ja liike-energia eivät aina muutu mekaaniseksi energiaksi. Energiaa tihkuu usein.
mikä on mekaanisen energian säilyminen?
lähde
Kuva vuoristoradasta, joka liikkuu suoraa rataa pitkin käyttäen kineettistä energiaa. Vuoristoradalla on juuri sen verran energiaa, että se saavuttaa lähestyvän nousun huipun pysähtyen huipulla, jossa se pysyy paikallaan. Sen liike-energia on muuntunut potentiaalienergiaksi.
tuuman kerrallaan vuoristorata nousee huipun yli ja laskeutuu toiselle puolelle. Potentiaali on muunnettu vastaavaksi määräksi kineettistä energiaa.
vuoristorata-auton kokonaismekaaninen energia ei ole muuttunut huippujen ja laskujen aikana eikä liike-energiasta potentiaalienergiaan ja takaisin liike-energiaan siirtymisen aikana.
systeemin energia on pysynyt samana. Tätä kutsutaan mekaanisen energian säilymisen periaatteeksi.
vaikuttavatko Ei-konservatiiviset voimat mekaaniseen energiaan?
mekaanisen energian säilymisen periaate olettaa, että kappaleen mekaaninen kokonaisenergia ei muutu. (Meidän esimerkissämme se olisi vuoristorata.) Mikään muu voima ei vaikuta siihen. Sinänsä energiaa ei menetetä, kun vuoristoratamme muuttaa liike-energiaansa potentiaalienergiaksi.
jokainen energian siirto ei tietenkään ole niin yksinkertainen. Ulkoisilla voimilla ja kitkavoimilla on osansa yhtälössä, teoreettisen taustalla on jokin fysikaalinen tiede. Energia voi kadota. Miten?
kitkavoimat, joita kutsutaan myös ei-konservatiivisiksi voimiksi, vievät energiaa systeemiltä. Näitä voimia ovat vuoristoradan ilmanvastus tai pyörien kuumentaessa ratoja menetetty lämpöenergia. Järjestelmä ei pysty palauttamaan menetettyä energiaa.
kuinka paljon törmäyksessä menetetään mekaanista energiaa?
törmäykset ovat toinen tapa vaikuttaa mekaaniseen energiaan. Törmäyksiä on kahdenlaisia.
kimmoinen törmäys on helppo ymmärtää energian kannalta — tässä skenaariossa ei menetetä liike-energiaa, ja systeemin energia pysyy samana.
Kuvittele kahden vaunun kulkevan toisiaan kohti samalla nopeudella. Lopulta he törmäilevät toisiinsa. Törmäys laukaisee ne uuteen suuntaan, mutta ilman nopeuden menetystä. Tämä törmäys määritellään täysin kimmoiseksi törmäykseksi, jossa ei ole liike-energian menetystä.
tällainen täysin kimmoisa törmäys lienee tosielämässä epärealistinen. Atomien väliset törmäykset kaasuissa ovat parempi esimerkki kimmoisista törmäyksistä. Newtonin kehto on ehkä lähin käytännön esimerkki kimmoisesta törmäyksestä, jossa häviävän pieni liike-energia menetetään pallojen heiluessa edestakaisin.
inelastinen törmäys tapahtuu, kun kineettinen energia menetetään törmäyksessä. Jos nämä kaksi vaunua törmäävät ja jatkavat matkaansa hitaammalla nopeudella, liike-energia on menetetty. Tällainen skenaario on paljon todennäköisempi kuin kimmoisa törmäys.
jos pallo pompahtaa, eikä se pompi yhtä korkealle kuin korkeus, josta se pudotettiin, kyseessä on joustamaton törmäys. Keiloihin törmäävä keilapallo on epäelastinen törmäys, koska keilapallo hidastuu kosketuksen jälkeen.
Kuka Keksi, Että Mekaaninen Energia Voi Kadota?
James Prescott Joule, englantilainen fyysikko, matemaatikko ja olutpanimo, oli näennäisesti epätodennäköinen mekaanisen energian energiahäviön vaikutusten löytäjä.
Joulella ei ollut muodollista fysiikan koulutusta, mutta hän oli hyvin kiinnostunut mekaniikasta. Hän havaitsi ja tutki eri lähteistä syntyvää lämpöä, muun muassa veden sekoittamista melalla ja kaasun laajenemista tyhjiöksi. Joulen käsitys siitä, että lämpöä voitaisiin luoda mekaanisella työllä, muutti tieteellistä ajattelua 1800-luvulla.
hänen työstään tuli energian säilymisperiaatteen selkäranka ja termodynamiikan ensimmäinen laki. Tämän lain mukaan lämpö on energiaa, jota ei voida luoda tai tuhota, mutta se voidaan siirtää tai muuntaa toiseksi energiatyypiksi.
mekaanisen energian määritelmän ymmärtäminen
mekaaninen energia on yksi yleisimmistä energiatyypeistä. Se kuvaa esineen kykyä suorittaa jonkinlaista työtä.
näemme mekaanista energiaa toiminnassa joka päivä, kun poimimme paikallaan olevia esineitä ja panemme ne suorittamaan meille tehtäviä vanteiden ampumisesta kitaransoittoon.
mekaaninen energia on energiaa tai voimaa, joka kappaleilla on liikkeen tai muuttuvan asennon kautta.
bred to you by amigoenergy
kaikki Adobe Stockilta lisensoidut kuvat.
esikuva: