energia mechaniczna otacza nas w świecie przyrody i w maszynach, które budujemy. Rozejrzyj się, a energia mechaniczna znajduje się wszędzie.
istnieje wiele rodzajów energii mechanicznej, od Nastolatka jadącego na rowerze, przez szkołę średnią, po burzyącą piłkę, niszczącą Dom.
Czytaj dalej i dowiedz się więcej o energii mechanicznej.
Co To Jest Energia Mechaniczna?
najpierw zastanówmy się, czym jest energia. Energia to zdolność do pracy. Istnieje wiele form energii, a energia mechaniczna jest jedną z nich.
energia mechaniczna jest definiowana jako zdolność obiektu do pracy. Ilość pracy, jaką może wykonać obiekt, zależy od dwóch rzeczy: jego położenia i ruchu.
zanim spojrzymy dalej na energię mechaniczną, musimy lepiej zrozumieć, w jaki sposób pozycja i ruch obiektu wpływają na jego energię.
Czym Jest Energia Potencjalna?
energia potencjalna to energia pozycji, zwana również energią magazynowaną. Jego energia istnieje ze względu na położenie obiektów względem siebie. Oznacza to, że energia obiektu zmienia się, gdy zmienia się pozycja obiektu lub gdy obiekt się przesuwa.
na przykład książka na podłodze ma stosunkowo mało energii potencjalnej — ma minimalną zdolność do samodzielnego poruszania się lub interakcji z innymi nieruchomymi lub ruchomymi obiektami. Podnieśmy tę książkę i wyważmy ją na krawędzi półki. Ma o wiele więcej energii potencjalnej w tym momencie. Dlaczego? Ponieważ książka może spaść i zgnieść przechodzącego robaka, zranić palec u nogi, lub zrobić głośny huk, gdy uderzy w podłogę.
daliśmy książkę grawitacyjna energia potencjalna. Książka jest utrzymywana w pozycji pionowej przy półce. Siły grawitacyjne Ziemi dały książce zachowaną energię pozycji, czyli energię potencjalną. Załóżmy, że masa obiektu jest większa. W takim przypadku wymień książkę na 10-funtowy hantel — zwiększa się również grawitacyjna energia potencjalna obiektu.
istnieje druga forma energii potencjalnej związana z energią mechaniczną zwana elastyczną energią potencjalną. Jest to energia potencjalna, która jest przechowywana w obiekcie, który można skompresować lub rozciągnąć.
pomyśl o łuczniku rozciągającym elastyczny sznurek na łuku. Napięty sznur ma elastyczną energię potencjalną. Po zwolnieniu elastyczny sznurek napędza strzałkę do przodu.
zarówno Energie potencjału grawitacyjnego, jak i sprężystego są energiami pozycji i równie ważnymi czynnikami przy omawianiu energii mechanicznej.
Czym Jest Energia Kinetyczna?
energia kinetyczna odnosi się do energii ruchu i ruchu. Przypomnijmy sobie przykład książki, wyważonej na półce, pełnej energii potencjalnej.
Jeśli książka spadnie na ziemię, ma energię kinetyczną podczas upadku — energia książki zmienia się z energii potencjalnej na energię kinetyczną (ruch). Podobnie jest ze strzałką – jej energia potencjalna w narysowanym łuku staje się energią kinetyczną, gdy strzała strzela i porusza się w powietrzu.
zrozumienie energii mechanicznej, energii potencjalnej i energii kinetycznej
jak wspomniano, energia mechaniczna jest zdolnością obiektu do pracy. Jest to również suma energii potencjalnej obiektu (grawitacyjnej lub sprężystej) i jego energii kinetycznej. Dowiedzmy się, jak wszystkie trzy ze sobą współdziałają.
prawo zachowania energii stanowi, że energii nie można wytworzyć ani zniszczyć. Energia może przekształcić się tylko z jednej formy energii w inną.
to prawo jest niezbędne dla energii mechanicznej, ponieważ oznacza, że możemy zrozumieć siłę netto układu mechanicznego. Możemy obliczyć energię mechaniczną obiektu, ponieważ całkowita energia (potencjał + kinetyczna) nie zmienia się.
jakie są przykłady energii mechanicznej?
source
codzienne życie jest pełne mechanicznej energii. Oto pięć przykładów:
- burzyciel, który niszczy budynki, ma potencjalną energię, gdy ciężka piłka jest ustawiona na szczycie huśtawki. Po zwolnieniu piłki, rozpoczynając ruch kołowy, ma ona energię kinetyczną. Kiedy piłka uderza w budynek, przykłada siłę do budynku-energię mechaniczną-zdolność obiektu do pracy. W tym przypadku praca wykonywana jest przez piłkę niszczącą budynek.
- turbiny wiatrowe wykorzystują energię mechaniczną do przekształcania energii wiatrowej w energię elektryczną. Energia wiatru działa na łopatki, obracając je, co obraca turbiny, które wytwarzają energię elektryczną. Wiatr spowodował, że prace zostały wykonane przy użyciu energii mechanicznej.
- rowerzysta stojący obok roweru ma chemiczną energię potencjalną dzięki jedzeniu w żołądku. Proces chemiczny uwalnia energię chemiczną w żywności, aby rowerzysta mógł wskoczyć na rower i przyłożyć siłę do pedałów. Pedałowanie jest formą energii mechanicznej.
- podobnie, kula do kręgli ma więcej energii potencjalnej, gdy odbierzemy ją w kręgielni. Kiedy już to zrobimy, ta energia potencjalna zamieni się w energię kinetyczną. Piłka ma teraz możliwość wykonywania „pracy” na cokolwiek może napotkać. W tym przypadku będzie (miejmy nadzieję!) be the pins. Jest to energia mechaniczna, która wypiera szpilki do tego, co będzie uderzeniem.
- energia jądrowa pochodzi z elektrowni, które wykorzystują ciepło pochodzące z rozszczepienia do przekształcania generatorów elektrycznych w produkcję energii elektrycznej. Obroty generatorów to energia mechaniczna.
Jak Obliczyć Energię Mechaniczną?
energia mechaniczna jest sumą energii potencjalnej obiektu i energii kinetycznej obiektu. Zarówno energia potencjalna, jak i energia kinetyczna są mierzone w dżulach.
potencjaĹ 'grawitacyjny obiektu moĹźemy poznaÄ ‡ za poĹ” rednictwem wzoru: PE = mgh.
- PE jest energią potencjalną
- m jest jego masą w kilogramach
- g jest przyspieszeniem grawitacyjnym Ziemi (zdefiniowanym jako 9,8 m/s2)
- h jest wysokością obiektu nad powierzchnią ziemi w metrach
jeśli trzymamy 4-kilogramowy młotek (8 funtów, 13 uncji) około 1,5 metra (pięć stóp) od ziemi, jego energia potencjalna wynosiłaby:
Pe = 4 (kg) x 9,8 x 1,5 = 58,8 dżuli.
wzór na energię kinetyczną wynosi ke = ½ m v2.
- KE to energia kinetyczna
- m to masa obiektu
- v to prędkość obiektu w metrach na sekundę
uderzmy gwoździem w ścianę naszym 4-kilogramowym młotkiem i załóżmy, że poruszamy się z prędkością 20 metrów na sekundę (65 stóp na sekundę). Daje to:
KE = 0,5 ( ½ ) x 4 (kg) x 20 (prędkość) do kwadratu = 800 dżuli.
energia mechaniczna to PE + KE, co daje Młotkowi 858 dżuli energii mechanicznej.
czynniki wpływające na energię mechaniczną obiektu
energia mechaniczna podlega wpływom zewnętrznym, które wpływają na jej wartości. W wielu przykładach energii mechanicznej energia jest tracona, gdy” praca ” jest zakończona.
nie cała energia potencjalna i kinetyczna obiektu zawsze staje się energią mechaniczną. Często dochodzi do przesiąknięcia energii.
na czym polega zachowanie energii mechanicznej?
źródło
wyobraź sobie kolejkę górską poruszającą się po prostym torze, wykorzystującą energię kinetyczną. Kolejka górska ma odpowiednią ilość energii, aby osiągnąć szczyt zbliżającej się wspinaczki, zatrzymując się na szczycie, gdzie pozostaje nieruchoma. Jego energia kinetyczna przekształciła się w energię potencjalną.
cal po calu kolejka górska zdobywa szczyt i schodzi na drugą stronę. Potencjał został przekształcony w równoważną ilość energii kinetycznej.
całkowita energia mechaniczna samochodu kolejki górskiej nie zmieniła się podczas szczytów i zjazdów ani podczas konwersji z energii kinetycznej na energię potencjalną i z powrotem na energię kinetyczną.
energia układu pozostała taka sama. Nazywa się to zasadą zachowania energii mechanicznej.
czy na energię mechaniczną wpływają siły niekonwencjonalne?
zasada zachowania energii mechanicznej zakłada, że całkowita energia mechaniczna obiektu nie zmienia się. (W naszym przykładzie będzie to kolejka górska.) Żadna inna siła nie działa na niego. W związku z tym żadna energia nie jest tracona, ponieważ nasza kolejka górska zmienia swoją energię kinetyczną na energię potencjalną.
oczywiście nie każdy transfer energii jest tak prosty. Siły zewnętrzne i siły tarcia odgrywają rolę w równaniu, niektóre nauki fizyczne za teoretyczne. Energia może się zgubić. Jak?
siły tarcia, znane również jako siły niekonwencjonalne, pobierają energię z układu. Siły te obejmują opór powietrza lub energię cieplną traconą podczas podgrzewania gąsienic przez koła. System nie może odzyskać utraconej energii.
ile energii mechanicznej traci się w kolizji?
kolizje to kolejny sposób na wpływ energii mechanicznej. Istnieją dwa rodzaje kolizji.
zderzenie sprężyste jest łatwe do zrozumienia pod względem energii — w tym scenariuszu nie traci się energii kinetycznej, a energia układu pozostaje taka sama.
wyobraź sobie dwa wózki poruszające się w kierunku siebie z tą samą prędkością. W końcu wbijają się w siebie. Kolizja ustawia je w nowym kierunku, ale bez utraty prędkości. Zderzenie to definiuje się jako zderzenie doskonale sprężyste bez strat energii kinetycznej.
taka idealnie elastyczna kolizja jest chyba nierealna w prawdziwym życiu. Zderzenia między atomami w gazach są lepszym przykładem zderzeń sprężystych. Kolebka Newtona jest prawdopodobnie najbliższym praktycznym przykładem zderzenia sprężystego, w którym znikoma energia kinetyczna jest tracona, gdy kule obracają się tam iz powrotem.
zderzenie nieelastyczne występuje, gdy energia kinetyczna jest tracona w zderzeniu. Jeśli te dwa wózki zderzą się i będą kontynuować podróż z mniejszą prędkością, energia kinetyczna zostanie utracona. Taki scenariusz jest znacznie bardziej prawdopodobny niż zderzenie elastyczne.
jeśli odbijasz piłkę i nie odbija się ona tak wysoko, jak wysokość, z której została upuszczona, jest to kolizja nieelastyczna. Kula do kręgli smashing na szpilki jest nieelastyczne kolizji, ponieważ kula do kręgli zwalnia po kontakcie.
Kto Odkrył, Że Energia Mechaniczna Może Zostać Utracona?
James Prescott Joule, angielski fizyk, matematyk i brewer, był pozornie mało prawdopodobnym odkrywcą skutków utraty energii w energii mechanicznej.
Joule nie miał formalnego wykształcenia w dziedzinie fizyki, ale interesował się mechaniką. Obserwował i badał ciepło generowane przez różne źródła, w tym mieszanie wody przez wiosło i ekspansję gazu w próżnię. Zrozumienie przez Joule ’ a, że ciepło może być wytwarzane przez pracę mechaniczną, zmieniło myślenie naukowe w XIX wieku.
jego praca stała się podstawą zasady zachowania energii i pierwszego prawa termodynamiki. Prawo to stanowi, że ciepło jest energią, której nie można wytworzyć ani zniszczyć, ale można ją przenieść lub przekształcić w inny rodzaj energii.
zrozumienie definicji energii mechanicznej
energia mechaniczna jest jednym z najczęstszych rodzajów energii. Opisuje zdolność obiektu do wykonywania jakiejś formy pracy.
widzimy energię mechaniczną w akcji każdego dnia, gdy podnosimy nieruchome przedmioty i zmuszamy je do wykonywania za nas zadań, od strzelania do obręczy po grę na gitarze.
energia mechaniczna to energia lub moc, które obiekty mają poprzez ruch lub zmianę pozycji.
Dostarczone przez amigoenergy
Wszystkie obrazy licencjonowane przez Adobe Stock.
Polecane zdjęcie: