mechanikus energia vesz körül minket a természeti világban és az általunk épített gépekben. Nézz körül, és a mechanikai energia mindenütt megtalálható.
sokféle mechanikai energia létezik, a bicikliző tinédzsertől a középiskolán át a ház lebontásáig.
olvassa tovább, és tudjon meg többet a mechanikai energiáról.
Mi A Mechanikai Energia?
először nézzük meg, mi az energia. Az energia a munka képessége. Az energiának számos formája létezik, és ezek közé tartozik a mechanikai energia.
a mechanikai energiát úgy definiálják, mint egy tárgy munkaképességét. Az objektum által végzett munka mennyisége két dologtól függ: a pozíciójától és a mozgásától.
jobban meg kell értenünk, hogy egy tárgy helyzete és mozgása hogyan befolyásolja az energiáját, mielőtt tovább vizsgálnánk a mechanikai energiát.
Mi A Potenciális Energia?
a potenciális energia a pozíció energiája, más néven tárolt energia. Energiája a tárgyak egymáshoz viszonyított helyzete miatt létezik. Ez azt jelenti, hogy az objektum energiája megváltozik, amikor az objektum helyzete megváltozik, vagy amikor az objektum mozog.
például a padlón lévő könyvnek viszonylag kevés potenciális energiája van — minimális képessége van arra, hogy önmagában mozogjon, vagy kölcsönhatásba lépjen más álló vagy mozgó tárgyakkal. Most emeljük fel azt a könyvet, és egyensúlyozzuk ki a polc szélén. Ezen a ponton sokkal több potenciális energiával rendelkezik. Miért? Mert a könyv leeshet és összezúzhat egy elhaladó bogarat, vagy megsérülhet a lábujja, vagy hangos durranást okozhat, amikor a padlóra ér.
adtunk a könyv gravitációs potenciális energia. A könyvet függőleges helyzetben tartja a polc. A Föld gravitációs erői adták a könyvnek a tárolt pozícióenergiáját, vagy potenciális energia. Tegyük fel, hogy az objektum tömege nagyobb. Ebben az esetben cserélje ki a könyvet egy 10 fontos súlyzóra-az objektum gravitációs potenciális energiája is növekszik.
a mechanikai energiához kapcsolódó potenciális energiának van egy második formája, az úgynevezett rugalmas potenciális energia. Ez egy potenciális energia, amely egy olyan tárgyban tárolódik, amely összenyomható vagy nyújtható.
gondoljunk csak egy íjász nyúlik vissza a rugalmas húr egy íj. A feszített húr rugalmas potenciális energiával rendelkezik. Miután elengedte, a rugalmas húr egy nyilat hajt előre.
mind a gravitációs, mind a rugalmas potenciális energiák a pozíció energiái, és ugyanolyan fontos tényezők a mechanikai energia tárgyalásakor.
Mi A Kinetikus Energia?
a kinetikus energia a mozgás és a mozgás energiáját jelenti. Gondoljon vissza a polcon kiegyensúlyozott, potenciális energiával teli könyv példájára.
ha a könyv a földre esik, mozgási energiája van a bukása során — a könyv energiája a potenciális energiáról a mozgási energiára (mozgásra) változik. Ugyanez a helyzet a nyíllal is — a húzott íjban lévő potenciális energiája kinetikus energiává válik, amikor a nyíl lő és mozog a levegőben.
a mechanikai energia, a potenciális energia és a kinetikus energia megértése
mint említettük, a mechanikai energia az objektum munkaképessége. Ez egy tárgy (gravitációs vagy rugalmas) potenciális energiájának és kinetikus energiájának összege is. Nézzük meg, hogyan hat egymásra mind a három.
az energiamegmaradás törvénye kimondja, hogy az energiát nem lehet létrehozni vagy megsemmisíteni. Az energia csak az egyik energiaformából a másikba konvertálható.
ez a törvény létfontosságú a mechanikai energia szempontjából, mert azt jelenti, hogy megérthetjük egy mechanikus rendszer nettó erejét. Ki tudjuk dolgozni egy tárgy mechanikai energiáját, mert a teljes energia (potenciál + kinetikus) nem változik.
milyen példák vannak a mechanikai energiára?
forrás
a mindennapi élet tele van mechanikai energiával. Itt öt példa:
- az épületeket lebontó romboló labdának potenciális energiája van, amikor a nehéz labda a lengés tetején áll. Amikor a labda felszabadul, körkörös mozgást indít, kinetikus energiával rendelkezik. Amikor a labda eléri az épületet, erőt gyakorol az épületre — mechanikai energia — egy tárgy munkaképessége. Ebben az esetben az elvégzett munka az, hogy a labda elpusztítja az épületet.
- a szélturbinák mechanikai energiát használnak a szélenergia elektromos energiává alakítására. A szélben lévő energia a lapátokon forgatva működik, ami megfordítja az áramot létrehozó turbinákat. A szél okozta a munkát mechanikai energia felhasználásával.
- a kerékpár mellett álló kerékpárosnak kémiai potenciális energiája van a gyomrában lévő ételnek köszönhetően. A kémiai folyamat felszabadítja a kémiai energiát az élelmiszerben, hogy lehetővé tegye a kerékpáros számára, hogy felugorjon a kerékpárjára, és erőt fejtsen ki a pedálokra. A pedálozás a mechanikai energia egyik formája.
- Hasonlóképpen, egy bowlinggolyónak több potenciális energiája van, ha felvesszük a bowlingpályán. Amint letekerjük a sikátorban, a potenciális energia kinetikus energiává változik. A labda most már képes “munkát” végezni bármivel is találkozhat. Ebben az esetben (remélhetőleg!) legyen a csapok. A mechanikus energia kiszorítja a csapokat, ami sztrájk lesz.
- az atomenergia olyan erőművekből származik, amelyek a hasadásból származó hőt használják fel az elektromos generátorok villamos energia előállítására. A generátorok forgatása mechanikus energia.
Hogyan Számítja Ki A Mechanikai Energiát?
a mechanikai energia egy tárgy potenciális energiájának és egy tárgy kinetikus energiájának összege. Mind a potenciális energiát, mind a kinetikus energiát joule-ban mérik.
az objektum gravitációs potenciálját a következő képlettel tudjuk megtudni: PE = mgh.
- PE a potenciális energia
- m a tömege kilogrammban
- g a Föld gravitációs gyorsulása (9,8 m/sec2)
- h az objektum magassága a föld felszíne felett méterben
ha négy kilogrammos kalapácsot tartunk (8 font, 13 uncia) körülbelül 1,5 méter (öt láb) a talajtól, potenciális energiája a következő lenne:
PE = 4 (kg) x 9,8 x 1,5 = 58,8 Joule.
a kinetikus energia képlete KE = M V2.
- KE a kinetikus energia
- m a tárgy tömege
- v A tárgy sebessége méter / másodpercben
csapjunk be egy szöget a falba négy kilogrammos kalapácsunkkal, és tegyük fel, hogy 20 méter / másodperc sebességgel haladunk (65 láb / másodperc). Ez ad:
KE = 0,5 (ons) x 4 (kg) x 20 (sebesség) négyzet = 800 Joule.
a mechanikai energia PE + KE, így a kalapács 858 Joule mechanikai energiát ad.
az objektum mechanikai energiáját befolyásoló tényezők
a mechanikai energiát külső hatások befolyásolják, amelyek befolyásolják annak értékeit. Sok mechanikai energia példában az energia elvész, amikor a “munka” befejeződik.
nem minden tárgy potenciális és mozgási energiája válik mindig mechanikai energiává. Gyakran van egy szivárgás az energia.
mi a mechanikai energia megőrzése?
forrás
kép egy hullámvasút mozog egy egyenes pályán, mozgási energia felhasználásával. A hullámvasút pontos energiamennyiséggel rendelkezik ahhoz, hogy elérje a közeledő emelkedés csúcsát, megállva a tetején, ahol álló helyzetben marad. Kinetikus energiája átalakult potenciális energiává.
hüvelykről hüvelykre, a hullámvasút csúcstalálkozja a csúcsot, és leereszkedik a másik oldalon. A potenciált ekvivalens mennyiségű kinetikus energiává alakították át.
a hullámvasút autó teljes mechanikai energiája nem változott a csúcsok és lejtők alatt, sem a kinetikus energiáról a potenciális energiára, sem a kinetikus energiára való áttérés során.
a rendszer energiája változatlan maradt. Ezt nevezik a mechanikai energia megőrzésének elvének.
a mechanikai energiát nem konzervatív erők befolyásolják?
a mechanikai energia megőrzésének elve feltételezi, hogy egy tárgy teljes mechanikai energiája nem változik. (Példánkban ez lenne a hullámvasút.) Semmilyen más erő nem hat rá. Mint ilyen, egyetlen energia sem vész el, mivel hullámvasútunk kinetikus energiáját potenciális energiává változtatja.
természetesen nem minden energiaátvitel ilyen egyszerű. Külső erők és súrlódási erők játszanak szerepet az egyenletben, néhány fizikai tudomány mögött az elméleti. Az energia elveszhet. Hogyan?
a súrlódási erők, más néven nem konzervatív erők, energiát vesznek el a rendszerből. Ezek az erők magukban foglalják a hullámvasút légellenállását vagy hőenergiáját, amikor a kerekek melegítik a síneket. A rendszer nem tudja visszanyerni ezt az elveszett energiát.
mennyi mechanikai energiát veszít egy ütközés?
az ütközések egy másik módja a mechanikai energia befolyásolásának. Kétféle ütközés létezik.
az elasztikus ütközés energia szempontjából érthető — ebben a forgatókönyvben nem veszít kinetikus energiát, és a rendszer energiája változatlan marad.
Képzeljünk el két kocsit, amelyek azonos sebességgel haladnak egymás felé. Végül egymásba ütköznek. Az ütközés új irányba indítja őket, de sebességveszteség nélkül. Ezt az ütközést tökéletesen rugalmas ütközésként definiálják, kinetikus energiaveszteség nélkül.
egy ilyen tökéletesen rugalmas ütközés valószínűleg irreális a való életben. A gázok atomjai közötti ütközések jobb példa a rugalmas ütközésekre. A Newton bölcsője talán a legközelebbi gyakorlati példa egy rugalmas ütközésre, ahol elhanyagolható kinetikus energia elvész, amikor a golyók oda-vissza lendülnek.
rugalmatlan ütközés akkor következik be, amikor az ütközés során a kinetikus energia elveszik. Ha ez a két kocsi ütközik, majd lassabban folytatják útjukat, akkor a kinetikus energia elveszett. Egy ilyen forgatókönyv sokkal valószínűbb, mint egy rugalmas ütközés.
ha visszapattan egy labda, és nem pattan fel olyan magasra, mint a magasság, ahonnan leesett, az rugalmatlan ütközés. A csapokba csapódó bowlinggolyó rugalmatlan ütközés, mert a bowlinggolyó érintkezés után lelassul.
Ki Fedezte Fel, Hogy A Mechanikai Energia Elveszhet?
James Prescott Joule angol fizikus, matematikus és sörfőző, egy látszólag valószínűtlen felfedező volt a mechanikai energiaveszteség hatásainak.
Joule nem volt formális fizika oktatás, de élénk érdeklődést mechanika. Megfigyelte és tanulmányozta a különböző forrásokból származó hőt, beleértve a víz keverését egy lapáttal és a gáz vákuumba történő tágulását. Joule megértése, hogy a hőt mechanikus munkával lehet létrehozni, megváltoztatta a tudományos gondolkodást a 19.században.
munkája az energiamegmaradás elvének és a termodinamika első törvényének gerincévé vált. Ez a törvény kimondja, hogy a hő olyan energia, amelyet nem lehet létrehozni vagy megsemmisíteni, de átvihető vagy átalakítható más energiatípussá.
a mechanikai energia meghatározásának megértése
a mechanikai energia az egyik leggyakoribb energiatípus. Leírja az objektum azon képességét, hogy valamilyen munkát végezzen.
minden nap mechanikus energiát látunk működésben, amikor álló tárgyakat veszünk fel, és azokat feladatokra késztetjük, a karikázástól a gitározásig.
a mechanikai energia az az energia vagy erő, amelyet a tárgyak mozgás vagy helyzetváltozás révén kapnak.
az amigoenergy hozta Önnek
az Adobe Stock által licencelt összes kép.
Kiemelt kép: