energia mecanică ne înconjoară în lumea naturală și în mașinile pe care le construim. Uită-te în jur și energia mecanică se găsește peste tot.
există multe tipuri de energie mecanică, de la un adolescent care merge cu bicicleta la liceu până la o minge de demolare care demolează o casă.
citiți mai departe și pentru a descoperi mai multe despre energia mecanică.
Ce Este Energia Mecanică?
în primul rând, să analizăm ce este energia. Energia este capacitatea de a lucra. Există multe forme de energie, iar energia mecanică este una dintre ele.
energia mecanică este definită ca abilitatea unui obiect de a lucra. Cantitatea de muncă pe care un obiect o poate face depinde de două lucruri: poziția și mișcarea sa.
trebuie să înțelegem mai multe despre modul în care poziția și mișcarea unui obiect îi afectează energia înainte de a privi mai departe energia mecanică.
Ce Este Energia Potențială?
energia potențială este energia poziției, numită și energie stocată. Energia sa există datorită poziției obiectelor unul față de celălalt. Adică, energia obiectului se schimbă atunci când poziția obiectului se schimbă sau când obiectul se mișcă poziția.
de exemplu, o carte de pe podea are relativ puțină energie potențială — are o capacitate minimă de a se deplasa singură sau de a interacționa cu alte obiecte nemișcate sau în mișcare. Acum, să ridicăm acea carte și să o echilibrăm pe marginea unui raft. Are mult mai multă energie potențială în acest moment. De ce? Deoarece cartea ar putea să cadă și să zdrobească un bug care trece, sau să vă rănească degetul de la picior sau să facă o lovitură puternică atunci când lovește podeaua.
am dat cărții energie potențială gravitațională. Cartea este ținută în poziție verticală de raft. Forțele gravitaționale ale Pământului au dat cărții energia stocată de poziție sau energia potențială. Să presupunem că masa obiectului este mai mare. În acest caz, schimbați cartea cu o ganteră de 10 kilograme-energia potențială gravitațională a obiectului crește și ea.
există o a doua formă de energie potențială legată de energia mecanică numită energie potențială elastică. Aceasta este energia potențială care este stocată într-un obiect care poate fi comprimat sau întins.
gândiți-vă la un arcaș care întinde șirul elastic pe un arc. Șirul tensionat are energie potențială elastică. Odată eliberat, șirul elastic va propulsa o săgeată înainte.
atât energiile potențiale gravitaționale, cât și cele elastice sunt energii de poziție și factori la fel de importanți atunci când se discută despre energia mecanică.
Ce Este Energia Cinetică?
energia cinetică se referă la energia mișcării și mișcării. Gândiți-vă la exemplul nostru de carte, echilibrat pe un raft, plin de energie potențială.
în cazul în care cartea cade la pământ, are energie cinetică în timpul căderii sale — energia cărții se schimbă de la energia potențială la energia cinetică (mișcare). Este la fel cu săgeata — energia sa potențială într-un arc desenat devine energie cinetică atunci când săgeata trage și se mișcă prin aer.
înțelegerea energiei mecanice, a energiei potențiale și a energiei cinetice
după cum sa menționat, energia mecanică este capacitatea unui obiect de a lucra. Este, de asemenea, suma energiei potențiale a unui obiect (gravitațional sau elastic) și a energiei sale cinetice. Să aflăm cum interacționează toate cele trei.
legea conservării energiei afirmă că energia nu poate fi creată sau distrusă. Energia se poate transforma dintr-o formă de energie în alta.
această lege este vitală pentru energia mecanică, deoarece înseamnă că putem înțelege forța netă a unui sistem mecanic. Putem elabora energia mecanică a unui obiect, deoarece energia totală ( potențial + cinetică) nu se schimbă.
care sunt exemplele de energie mecanică?
sursa
viața de zi cu zi este plină de energie mecanică. Aici cinci exemple:
- o minge de demolare care demolează clădirile are energie potențială atunci când mingea grea este gata în partea de sus a leagănului său. Când mingea este eliberată, pornind o mișcare circulară, are energie cinetică. Când mingea lovește clădirea, aplică forță clădirii-energie mecanică-capacitatea unui obiect de a lucra. În acest caz, munca depusă este de mingea care distruge clădirea.
- turbinele eoliene folosesc energie mecanică pentru a transforma energia eoliană în energie electrică. Energia din vânt funcționează pe lame rotindu-le, ceea ce transformă turbinele care creează electricitate. Vântul a făcut ca munca să fie făcută folosind energie mecanică.
- un ciclist care stă lângă bicicletă are energie potențială chimică datorită alimentelor din stomac. Un proces chimic eliberează energia chimică din alimente pentru a permite ciclistului să urce pe bicicletă și să aplice forță pedalelor. Pedalarea este o formă de energie mecanică.
- în mod similar, o minge de bowling are mai multă energie potențială odată ce o ridicăm la aleea de bowling. Odată ce o aruncăm pe alee, acea energie potențială este transformată în energie cinetică. Mingea are acum capacitatea de a efectua „munca” pe orice se poate întâlni. În acest caz, va fi (sperăm!) fii pinii. Este energia mecanică care deplasează pinii pentru ceea ce va fi o grevă.
- Energia nucleară provine de la centralele electrice care utilizează căldura din fisiune pentru a transforma generatoarele electrice pentru a produce electricitate. Rotirea generatoarelor este energie mecanică.
Cum Calculezi Energia Mecanică?
energia mecanică este suma energiei potențiale a unui obiect și a energiei cinetice a unui obiect. Atât energia potențială, cât și energia cinetică sunt măsurate în jouli.
putem afla potențialul gravitațional al unui obiect prin această formulă: PE = mgh.
- PE este energia potențială
- m este masa sa în kilograme
- g este accelerația gravitațională a Pământului (definită ca 9,8 m/sec2)
- h este înălțimea obiectului deasupra suprafeței pământului în metri
dacă deținem un ciocan de patru kilograme (8 lire sterline, 13 uncii) la aproximativ 1,5 metri (cinci picioare) de la sol, energia sa potențială ar fi:
pe = 4 (kg) x 9,8 x 1,5 = 58,8 jouli.
formula pentru energia cinetică este ke = xqv2.
- KE este energia cinetică
- m este masa obiectului
- v este viteza obiectului în metri pe secundă
să batem un cui în perete cu ciocanul nostru de patru kilograme și să presupunem că ne mișcăm cu 20 de metri pe secundă (65 de picioare pe secundă). Asta dă:
KE = 0,5 (x 4 (kg) x 20 (viteză) pătrat = 800 jouli.
energia mecanică este PE + KE, oferind ciocanului 858 jouli de energie mecanică.
factorii care afectează energia mecanică a unui obiect
energia mecanică este supusă influențelor exterioare care îi afectează valorile. În multe exemple de energie mecanică, energia se pierde atunci când” lucrarea ” este finalizată.
nu toată energia potențială și cinetică a unui obiect devine întotdeauna energie mecanică. Există adesea o scurgere de energie.
care este conservarea energiei mecanice?
sursa
Imaginați-vă un roller coaster care se deplasează de-a lungul unei căi drepte, folosind energia cinetică. Roller coaster-ul are cantitatea exactă de energie pentru a ajunge la vârful unei urcări care se apropie, oprindu-se în vârf unde rămâne staționar. Energia sa cinetică s-a transformat în energie potențială.
Inch cu inch, montagne russe summit-uri de vârf și coboară de cealaltă parte. Potențialul a fost transformat într-o cantitate echivalentă de energie cinetică.
energia mecanică totală a mașinii roller coaster nu s-a schimbat în timpul vârfurilor și coborârilor și nici în timpul conversiei de la energia cinetică la energia potențială și înapoi la energia cinetică.
energia sistemului a rămas aceeași. Aceasta se numește principiul conservării energiei mecanice.
este energia mecanică afectată de forțele Neconservatoare?
principiul conservării energiei mecanice presupune că energia mecanică totală a unui obiect nu se schimbă. (În exemplul nostru, acesta ar fi roller coaster-ul.) Nicio altă forță nu acționează asupra ei. Ca atare, nu se pierde nici o energie, deoarece roller coaster-ul nostru își schimbă energia cinetică pentru energia potențială.
desigur, nu orice transfer de energie este atât de simplu. Forțele externe și forțele de frecare joacă un rol în ecuație, unele științe fizice din spatele teoreticului. Energia se poate pierde. Cum?
forțele de frecare, cunoscute și sub numele de forțe neconservatoare, îndepărtează energia din sistem. Aceste forțe includ rezistența la aer a roller coaster-ului sau energia termică pierdută pe măsură ce roțile încălzesc șinele. Sistemul nu poate recupera această energie pierdută.
câtă energie mecanică se pierde într-o coliziune?
coliziunile sunt un alt mod în care energia mecanică poate fi afectată. Există două tipuri de coliziuni.
o coliziune elastică este ușor de înțeles din punct de vedere energetic — nu se pierde energie cinetică în acest scenariu, iar energia sistemului rămâne aceeași.
Imaginați-vă două cărucioare care călătoresc unul către celălalt cu aceeași viteză. În cele din urmă, se lovesc unul de celălalt. Coliziunea le declanșează într-o direcție nouă, dar fără pierderi de viteză. Această coliziune este definită ca o coliziune perfect elastică, fără pierderi de energie cinetică.
o astfel de coliziune perfect elastică este probabil nerealistă în viața reală. Coliziunile dintre atomii din gaze sunt un exemplu mai bun de coliziuni elastice. Leagănul lui Newton este probabil cel mai apropiat exemplu practic de coliziune elastică, în care energia cinetică neglijabilă se pierde pe măsură ce bilele se balansează înainte și înapoi.
o coliziune inelastică apare atunci când energia cinetică se pierde într-o coliziune. Dacă aceste două cărucioare se ciocnesc și apoi își continuă călătoria cu o viteză mai mică, atunci energia cinetică a fost pierdută. Un astfel de scenariu este mult mai probabil decât o coliziune elastică.
dacă săriți o minge și nu sări la fel de mare ca înălțimea de la care a fost aruncată, aceasta este o coliziune inelastică. O minge de bowling zdrobitor în pini este o coliziune inelastică, deoarece mingea de bowling încetinește după contact.
Cine A Descoperit Că Energia Mecanică Se Poate Pierde?
James Prescott Joule, un fizician englez, matematician și producător de bere, a fost un descoperitor aparent puțin probabil al efectelor pierderii de energie în energia mecanică.
Joule nu avea o educație fizică formală, ci un interes deosebit pentru Mecanică. El a observat și a studiat căldura generată prin diferite surse, inclusiv agitarea apei de către o paletă și extinderea unui gaz într-un vid. Înțelegerea lui Joule că căldura ar putea fi creată prin munca mecanică a schimbat gândirea științifică în secolul al 19-lea.
lucrarea Sa a devenit coloana vertebrală a principiului conservării energiei și a primei legi a termodinamicii. Această lege afirmă că căldura este o energie care nu poate fi creată sau distrusă, dar poate fi transferată sau transformată într-un alt tip de energie.
înțelegerea definiției energiei mecanice
energia mecanică este unul dintre cele mai comune tipuri de energie. Descrie capacitatea unui obiect de a efectua o anumită formă de muncă.
vedem energia mecanică în acțiune în fiecare zi în timp ce ridicăm obiecte staționare și le facem să îndeplinească sarcini pentru noi, de la cercuri de tragere la chitară.
energia mecanică este energia sau puterea pe care obiectele o au prin mișcare sau schimbarea poziției.
adus la tine de amigoenergy
toate imaginile licențiate de Adobe Stock.
Imagine recomandată: