Mekanisk energi omgir oss i den naturlige verden og i maskinene vi bygger. Se deg rundt, og mekanisk energi finnes overalt.
det finnes mange typer mekanisk energi, fra en tenåring sykle til videregående skole til en wrecking ball rive et hus.
Les videre og lær mer om mekanisk energi.
Hva Er Mekanisk Energi?
Først, la oss vurdere hva energi er. Energi er evnen til å gjøre arbeid. Det er mange former for energi, og mekanisk energi er en av dem.
Mekanisk energi er definert som et objekts evne til å utføre arbeid. Mengden arbeid et objekt kan gjøre, avhenger av to ting: dens posisjon og dens bevegelse.
Vi må forstå mer om hvordan et objekts posisjon og bevegelse påvirker energien før vi ser videre på mekanisk energi.
Hva Er Potensiell Energi?
Potensiell energi Er energien til posisjon, også kalt lagret energi. Dens energi eksisterer på grunn av posisjonen til objekter i forhold til hverandre. Det vil si at objektets energi endres når objektets posisjon endres eller når objektet beveger seg.
for eksempel har en bok på gulvet relativt lite potensiell energi — den har minimal kapasitet til å bevege seg selv eller samhandle med andre stillestående eller bevegelige objekter. Nå, la oss løfte den boken og balansere den på kanten av en hylle. Den har mye mer potensiell energi på dette punktet. Hvorfor? Fordi boken kan falle og squash en forbipasserende bug, eller skade tåen, eller lage et høyt smell når den treffer gulvet.
vi har gitt boken gravitasjonspotensiell energi. Boken holdes i vertikal stilling ved hyllen. Jordens gravitasjonskrefter har gitt boken sin lagrede energi av posisjon, eller potensiell energi. Anta at objektets masse er større. I så fall bytter du boken ut for en 10 pund dumbbell-objektets gravitasjonspotensielle energi øker også.
det er en annen form for potensiell energi relatert til mekanisk energi kalt elastisk potensiell energi. Dette er potensiell energi som blir lagret i et objekt som kan komprimeres eller strekkes.
Tenk på en bueskytter som strekker seg tilbake den elastiske strengen på en bue. Den spente strengen har elastisk potensiell energi. Når den er sluppet, vil den elastiske strengen drive en pil fremover.
både gravitasjons-og elastiske potensielle energier er posisjonsenergier og like viktige faktorer når man diskuterer mekanisk energi.
Hva Er Kinetisk Energi?
Kinetisk energi refererer til energien til bevegelse og bevegelse. Tenk tilbake til vårt eksempel på boken, balansert på en hylle, full av potensiell energi.
skulle boken falle til bakken, har den kinetisk energi under sin tommel — bokens energi endres fra potensiell energi til kinetisk energi (bevegelse). Det er det samme med pilen — den potensielle energien i en trukket bue blir kinetisk energi når pilen brenner og beveger seg gjennom luften.
Forstå Mekanisk Energi, Potensiell Energi Og Kinetisk Energi
som nevnt er mekanisk energi evnen til et objekt å gjøre arbeid. Det er også summen av den potensielle energien til et objekt (gravitasjons eller elastisk) og dens kinetiske energi. La oss finne ut hvordan alle tre samhandler.
loven om bevaring av energi sier at energi ikke kan opprettes eller ødelegges. Energi kan bare konvertere fra en energiform til en annen.
denne loven er viktig for mekanisk energi fordi det betyr at vi kan forstå nettokraften til et mekanisk system. Vi kan trene den mekaniske energien til et objekt, fordi den totale energien (potensiell + kinetisk) ikke endres.
Hva Er Eksempler På Mekanisk Energi?
kilde
Hverdagen er full av mekanisk energi. Her fem eksempler:
- en wrecking ball som rive bygninger har potensiell energi når den tunge ballen er klar på toppen av sin swing. Når ballen slippes, starter en sirkulær bevegelse, har den kinetisk energi. Når ballen treffer bygningen, gjelder det kraft til bygningen-mekanisk energi – evnen til et objekt å gjøre arbeid. I dette tilfellet er arbeidet gjort av ballen som ødelegger bygningen.
- Vindturbiner bruker mekanisk energi til å omdanne vindenergi til elektrisk energi. Energien i vinden virker på bladene ved å rotere dem, noe som gjør turbinene som skaper elektrisitet. Vinden har forårsaket arbeidet som skal gjøres ved hjelp av mekanisk energi.
- en syklist som står ved siden av sykkelen, har kjemisk potensiell energi takket være maten i magen. En kjemisk prosess frigjør den kjemiske energien i maten slik at syklisten kan hoppe på sykkelen og bruke kraft på pedalene. Pedaling er en form for mekanisk energi.
- på Samme måte har en bowlingkule mer potensiell energi når vi plukker den opp på bowlinghallen. Når vi bolle det ned smug, at potensiell energi er omgjort til kinetisk energi. Ballen har nå muligheten til å utføre» arbeid » på hva det kan støte på. I dette tilfellet vil det (forhåpentligvis!) vær pinnene. Det er mekanisk energi som forskyver pinnene for hva som vil være en streik.
- Kjernekraft kommer fra kraftverk som bruker varme fra fisjon for å slå elektriske generatorer for å produsere elektrisitet. Dreiningen av generatorer er mekanisk energi.
Hvordan Beregner Du Mekanisk Energi?
Mekanisk energi er summen av den potensielle energien til et objekt og et objekts kinetiske energi. Både potensiell energi og kinetisk energi måles i joules.
Vi kan finne ut et objekts gravitasjonspotensial via denne formelen: PE = mgh.
- PE er potensiell energi
- m er dens masse i kilo
- g er gravitasjonsakselerasjonen til jorden (definert som 9,8 m/sek2)
- h er høyden på objektet over jordens overflate i meter
hvis vi holder en fire kilo hammer (8 pund, 13 unser) noen 1,5 meter (fem fot) av bakken, vil dens potensielle energi være:
pe = 4 (kg) x 9,8 x 1,5 = 58,8 joules.
formelen for kinetisk energi ER KE = ½ m v2.
- KE er kinetisk energi
- m er objektets masse
- v er objektets hastighet i meter per sekund
La oss bash en spiker inn i veggen med vår fire kilo hammer og anta at vi beveger oss på 20 meter per sekund (65 fot per sekund). Det gir:
KE = 0,5 ( ½ ) x 4 (kg) x 20 (hastighet) kvadrert = 800 joules.
Mekanisk energi ER PE + KE, noe som gir hammeren 858 joules av mekanisk energi.
Faktorer Som Påvirker Et Objekts Mekaniske Energi
Mekanisk energi er utsatt for ytre påvirkninger som påvirker dens verdier. I mange mekaniske energieksempler går energi tapt når «arbeidet» blir fullført.
ikke alle objektets potensielle og kinetiske energi blir alltid mekanisk energi. Det er ofte en lekkasje av energi.
Hva Er Bevaring Av Mekanisk Energi?
kilde
Bilde en rutsjebane som beveger seg langs et rett spor, ved hjelp av kinetisk energi. Berg-og dalbanen har den nøyaktige mengden energi for å nå toppen av en nærliggende klatring, og stopper på toppen der den forblir stasjonær. Den kinetiske energien er omdannet til potensiell energi.
Tomme for tomme, berg og dalbane topper toppen og går ned den andre siden. Potensialet har blitt omdannet til en ekvivalent mengde kinetisk energi.
berg-og dalbanebilens totale mekaniske energi har ikke endret seg under toppene og utforkjøringene, og heller ikke under omdannelsen fra kinetisk energi til potensiell energi og tilbake til kinetisk energi.
energien i systemet har forblitt den samme. Dette kalles Prinsippet Om Bevaring Av Mekanisk Energi.
Er Mekanisk Energi Påvirket av Ikke-Konservative Krefter?
Prinsippet Om Bevaring Av Mekanisk Energi antar at den totale mekaniske energien til et objekt ikke endres. (I vårt eksempel ville det være berg-og dalbanen.) Ingen annen kraft virker på den. Som sådan går ingen energi tapt da vår berg-og dalbane endrer sin kinetiske energi for potensiell energi.
selvfølgelig er ikke alle energioverføringer så enkle. Eksterne krefter og friksjonskrefter spiller en rolle i ligningen, noen fysisk vitenskap bak den teoretiske. Energi kan gå tapt. Hvordan?
Friksjonskrefter, også kjent som ikke-konservative krefter, tar energi bort fra systemet. Disse kreftene inkluderer berg-og dalbane luftmotstand eller termisk energi tapt som hjulene varme sporene. Systemet kan ikke gjenvinne denne tapte energien.
Hvor Mye Mekanisk Energi Går Tapt i En Kollisjon?
Kollisjoner er en annen måte mekanisk energi kan påvirkes på. Det er to typer kollisjoner.
en elastisk kollisjon er enkel å forstå i energivilkår — ingen kinetisk energi går tapt i dette scenariet, og systemets energi forblir den samme.
Tenk deg to vogner som reiser mot hverandre med samme hastighet. Til slutt, de bang inn i hverandre. Kollisjonen setter dem av i en ny retning, men uten hastighetstap. Denne kollisjonen er definert som en perfekt elastisk kollisjon uten kinetisk energitap.
en slik perfekt elastisk kollisjon er sannsynligvis urealistisk i virkeligheten. Kollisjoner mellom atomer i gasser er et bedre eksempel på elastiske kollisjoner. En Newtons Vugge er kanskje det nærmeste praktiske eksempelet på en elastisk kollisjon, hvor ubetydelig kinetisk energi går tapt når ballene svinger frem og tilbake.
en uelastisk kollisjon oppstår når kinetisk energi går tapt i en kollisjon. Hvis de to vognene kolliderer og deretter fortsetter reisen med lavere hastighet, har kinetisk energi gått tapt. Et slikt scenario er mye mer sannsynlig enn en elastisk kollisjon.
hvis du spretter en ball og den ikke spretter opp så høyt som høyden som den ble droppet fra, er det en uelastisk kollisjon. En bowling ball smashing i pins er en uelastisk kollisjon fordi bowling ballen bremser ned etter kontakt.
Hvem Oppdaget At Mekanisk Energi Kunne Gå Tapt?
James Prescott Joule, en engelsk fysiker, matematiker og brygger, var en tilsynelatende usannsynlig oppdager av effekten av energitap i mekanisk energi.
Joule hadde ingen formell fysikkutdanning, men en stor interesse for mekanikk. Han observerte og studerte varme generert gjennom ulike kilder, inkludert omrøring av vann ved en padle og utvidelse av en gass til et vakuum. Joule forståelse for at varme kan skapes av mekanisk arbeid endret vitenskapelig tenkning i det 19. århundre.
hans arbeid ble ryggraden i prinsippet om bevaring av energi og Termodynamikkens Første Lov. Denne loven sier at varme er en energi som ikke kan opprettes eller ødelegges, men kan overføres eller konverteres til en annen energitype.
Forstå Definisjonen Av Mekanisk Energi
Mekanisk energi er en av de vanligste typer energi. Det beskriver evnen til et objekt til å utføre noen form for arbeid.
vi ser mekanisk energi i aksjon hver dag når vi plukker opp stasjonære objekter og får dem til å utføre oppgaver for oss, fra å skyte hoops til å spille gitar.
Mekanisk energi Er energien eller kraften som objekter har gjennom bevegelse eller endring av posisjon.
Brakt til deg av amigoenergy
alle bilder lisensiert Fra Adobe Stock.
Utvalgt bilde: