mechanische energie omringt ons in de natuurlijke wereld en in de machines die we bouwen. Kijk om je heen, en mechanische energie is overal te vinden.
er zijn vele soorten mechanische energie, van een tiener die fietst tot de middelbare school tot een sloopkogel die een huis sloopt.
Lees verder en ontdek meer over mechanische energie.
Wat Is Mechanische Energie?
laten we eerst eens kijken wat energie is. Energie is het vermogen om te werken. Er zijn vele vormen van energie, en mechanische energie is een van hen. Onder mechanische energie wordt verstaan het vermogen van een object om te werken. De hoeveelheid werk die een object kan doen hangt af van twee dingen: zijn positie en zijn beweging.
we moeten meer begrijpen over hoe de positie en beweging van een object zijn energie beà nvloeden voordat we verder kijken naar mechanische energie.
Wat Is Potentiële Energie?
potentiële energie is de energie van de positie, ook wel opgeslagen energie genoemd. Zijn energie bestaat vanwege de positie van objecten ten opzichte van elkaar. Dat wil zeggen, de energie van het object verandert wanneer de positie van het object verandert of wanneer het object positie verplaatst.
bijvoorbeeld, een boek op de vloer heeft relatief weinig potentiële energie — het heeft een minimale capaciteit om zichzelf te bewegen of te interageren met andere stilstaande of bewegende objecten. Nu, laten we dat boek optillen en het balanceren op de rand van een plank. Het heeft veel meer potentiële energie op dit punt. Waarom? Want het boek kan vallen en een passerende bug verpletteren, of je teen bezeren, of een luide knal maken als het de vloer raakt.
we hebben het boek gravitationele potentiële energie gegeven. Het boek wordt in een verticale positie gehouden door de plank. De zwaartekracht van de aarde heeft het boek zijn opgeslagen energie van positie, of potentiële energie gegeven. Stel dat de massa van het object groter is. In dat geval, ruil het boek uit voor een 10-pond halter — het object gravitationele potentiële energie toeneemt, ook.
er is een tweede vorm van potentiële energie die verband houdt met mechanische energie, genaamd elastische potentiële energie. Dit is potentiële energie die wordt opgeslagen in een object dat kan worden gecomprimeerd of uitgerekt.
denk aan een boogschutter die de elastische koord op een boog uitstrekt. De gespannen snaar heeft elastische potentiële energie. Eenmaal losgelaten, zal de elastische snaar een pijl naar voren stuwen. Zowel gravitationele als elastische potentiële energieën zijn positie-energieën en even belangrijke factoren bij het bespreken van mechanische energie.
Wat Is Kinetische Energie?
kinetische energie is de energie van beweging en beweging. Denk terug aan ons voorbeeld van het boek, gebalanceerd op een plank, vol potentiële energie.
mocht het Boek op de grond vallen, dan heeft het tijdens het tuimelen kinetische energie — de energie van het boek verandert van die van potentiële energie naar kinetische energie (beweging). Het is hetzelfde met de pijl — zijn potentiële energie in een getrokken boog wordt kinetische energie wanneer de pijl afvuurt en door de lucht beweegt.
mechanische energie, potentiële energie en kinetische energie
zoals gezegd is mechanische energie het vermogen van een object om te werken. Het is ook de som van de potentiële energie van een object (zwaartekracht of elastisch) en zijn kinetische energie. Laten we uitzoeken hoe ze alle drie met elkaar omgaan.
de wet op het behoud van energie stelt dat energie niet kan worden gecreëerd of vernietigd. Energie kan alleen van de ene energievorm in de andere veranderen.
deze wet is van vitaal belang voor mechanische energie omdat ze betekent dat we de netto kracht van een mechanisch systeem kunnen begrijpen. We kunnen de mechanische energie van een object berekenen, omdat de totale energie (potentiaal + kinetisch) niet verandert.
Wat zijn voorbeelden van mechanische energie?
bron
het dagelijks leven is vol mechanische energie. Hier vijf voorbeelden:
- een sloopkogel die gebouwen sloopt heeft potentiële energie wanneer de zware bal op de top van zijn schommel staat. Wanneer de bal wordt losgelaten, het starten van een cirkelvormige beweging, het heeft kinetische energie. Wanneer de bal het gebouw raakt, oefent het kracht uit op het gebouw — mechanische energie — het vermogen van een object om te werken. In dit geval wordt het werk gedaan door de bal die het gebouw vernietigt. Windturbines gebruiken mechanische energie om windenergie om te zetten in elektrische energie. De energie in de wind werkt op de bladen door ze te draaien, waardoor de turbines die elektriciteit genereren draaien. De wind heeft ervoor gezorgd dat het werk met mechanische energie wordt gedaan.
- een fietser die naast zijn fiets staat heeft chemische potentiële energie dankzij het voedsel in zijn maag. Een chemisch proces geeft de chemische energie vrij in het voedsel zodat de fietser op zijn fiets kan springen en kracht op de pedalen kan uitoefenen. Trappen is een vorm van mechanische energie.
- evenzo heeft een bowlingbal meer potentiële energie als we hem bij de bowlingbaan oppikken. Zodra we het in het steegje gooien, wordt die potentiële energie omgezet in kinetische energie. De bal heeft nu de mogelijkheid om “werk” uit te voeren op wat het kan tegenkomen. In dit geval zal het (hopelijk! Wees de pinnen. Het is mechanische energie die de pinnen verplaatst voor wat een staking zal zijn.
- Kernenergie is afkomstig van elektriciteitscentrales die warmte van splijting gebruiken om elektrische generatoren te draaien om elektriciteit te produceren. Het draaien van de generatoren is mechanische energie.
Hoe Berekent U De Mechanische Energie? Mechanische energie is de som van de potentiële energie van een object en de kinetische energie van een object. Zowel potentiële energie als kinetische energie worden gemeten in joules.
we kunnen het gravitatiepotentieel van een object achterhalen via deze formule: PE = mgh.
- PE is potentiële energie
- M is zijn massa in kilogram
- g is de zwaartekrachtversnelling van de aarde (gedefinieerd als 9,8 m/sec2)
- h is de hoogte van het object boven het aardoppervlak in meters
als we een hamer van vier kilogram op ongeveer 1,5 meter van de grond houden, zou zijn potentiële energie:
PE = 4 (kg) x 9,8 x 1,5 = 58,8 joules.
de formule voor kinetische energie is KE = ½ m v2.
- KE is kinetische energie
- m is de massa van het object
- v is de snelheid van het object in meters per seconde
laten we een spijker in de muur slaan met onze hamer van vier kilo en aannemen dat we 20 meter per seconde bewegen. Dat geeft:
KE = 0,5 ( ½ ) x 4 (kg) x 20 (snelheid) kwadraat = 800 Joule.
mechanische energie is PE + KE, waardoor de hamer 858 Joule mechanische energie geeft.
factoren die de mechanische energie van een Object beïnvloeden
mechanische energie is onderhevig aan invloeden van buitenaf die de waarden ervan beïnvloeden. In veel voorbeelden van mechanische energie gaat energie verloren wanneer het “werk” wordt voltooid.
niet alle potentiële en kinetische energie van een object wordt altijd mechanische energie. Er is vaak een lekkage van energie.
Wat is het behoud van mechanische energie?
bron
beeld een achtbaan die zich beweegt langs een recht spoor, gebruik makend van kinetische energie. De achtbaan heeft de exacte hoeveelheid energie om de piek van een naderende klim te bereiken en stopt op de top waar hij stilstaat. Zijn kinetische energie is omgezet in potentiële energie.
Inch voor inch, de achtbaan toppen de piek en daalt de andere kant. Het potentieel is omgezet in een equivalente hoeveelheid kinetische energie.
de totale mechanische energie van de achtbaan is niet veranderd tijdens de pieken en dalen, noch tijdens de conversie van kinetische energie naar potentiële energie en terug naar kinetische energie.
de energie van het systeem is gelijk gebleven. Dit wordt het principe van behoud van mechanische energie genoemd.
wordt mechanische energie beïnvloed door niet-conservatieve krachten?
het principe van behoud van mechanische energie gaat ervan uit dat de totale mechanische energie van een object niet verandert. (In ons voorbeeld zou dat de achtbaan zijn. Geen andere kracht werkt erop. Als zodanig gaat er geen energie verloren als onze achtbaan zijn kinetische energie verandert voor potentiële energie.
natuurlijk is niet elke energieoverdracht zo eenvoudig. Externe krachten en wrijvingskrachten spelen een rol in de vergelijking, wat fysische wetenschap achter de theoretische. Energie kan verloren gaan. Hoe? Wrijvingskrachten, ook bekend als niet-conservatieve krachten, nemen energie weg van het systeem. Deze krachten omvatten de luchtweerstand van de achtbaan of thermische energie verloren als de wielen verwarmen de tracks. Het systeem kan deze verloren energie niet herstellen.
hoeveel mechanische energie gaat er verloren bij een botsing? Botsingen zijn een andere manier waarop mechanische energie kan worden beïnvloed. Er zijn twee soorten botsingen.
een elastische botsing is eenvoudig te begrijpen in termen van energie — er gaat geen kinetische energie verloren in dit scenario, en de energie van het systeem blijft hetzelfde.
stel je voor dat twee wagens met dezelfde snelheid naar elkaar toe rijden. Uiteindelijk slaan ze tegen elkaar aan. De botsing zet ze af in een nieuwe richting, maar zonder enig snelheidsverlies. Deze botsing wordt gedefinieerd als een perfect elastische botsing zonder kinetisch energieverlies.
een dergelijke perfect elastische botsing is waarschijnlijk onrealistisch in het echte leven. Botsingen tussen atomen in gassen zijn een beter voorbeeld van elastische botsingen. Een Newton ‘ s Cradle is misschien wel het dichtstbijzijnde praktische voorbeeld van een elastische botsing, waar verwaarloosbare kinetische energie verloren gaat als de ballen heen en weer slingeren.
een inelastische botsing treedt op wanneer kinetische energie verloren gaat bij een botsing. Als die twee trolleys botsen en dan hun reis met een lagere snelheid voortzetten, dan is kinetische energie verloren gegaan. Een dergelijk scenario is veel waarschijnlijker dan een elastische botsing.
als je een bal stuitert en hij niet zo hoog stuitert als de hoogte van waaruit hij is gevallen, dan is dat een inelastische botsing. Een bowlingbal smashing in pinnen is een inelastische botsing omdat de bowlingbal vertraagt na contact.
Wie Ontdekte Dat Mechanische Energie Verloren Kon Gaan? James Prescott Joule, een Engelse natuurkundige, wiskundige en Brouwer, was een schijnbaar onwaarschijnlijke ontdekker van de effecten van energieverlies in mechanische energie. Joule had geen formele natuurkunde-opleiding, maar een grote interesse in mechanica. Hij observeerde en bestudeerde warmte gegenereerd door verschillende bronnen, waaronder het roeren van water door een peddel en de expansie van een gas in een vacuüm. Joule ‘ s begrip dat warmte kan worden gecreëerd door mechanisch werk veranderde het wetenschappelijk denken in de 19e eeuw. Zijn werk werd de ruggengraat van het principe van energiebesparing en de eerste wet van de thermodynamica. Deze wet stelt dat warmte een energie is die niet kan worden gecreëerd of vernietigd, maar kan worden overgedragen of omgezet in een ander energietype.
inzicht in de definitie van mechanische energie
mechanische energie is een van de meest voorkomende soorten energie. Het beschrijft het vermogen van een object om een bepaalde vorm van werk uit te voeren.
we zien elke dag mechanische energie in actie wanneer we stationaire objecten oppakken en ze taken voor ons laten uitvoeren, van hoepels tot gitaarspelen.
mechanische energie is de energie of het vermogen die voorwerpen hebben door beweging of verandering van positie.
aangeboden door amigoenergy
alle afbeeldingen in licentie van Adobe Stock.
aanbevolen afbeelding: