mekanisk energi omger oss i den naturliga världen och i de maskiner vi bygger. Titta runt, och mekanisk energi finns överallt.
det finns många typer av mekanisk energi, från en tonåring som cyklar till gymnasiet till en wrecking ball som rivar ett hus.
läs vidare och upptäck mer om mekanisk energi.
Vad Är Mekanisk Energi?
Låt oss först överväga vilken energi som är. Energi är förmågan att göra arbete. Det finns många former av energi, och mekanisk energi är en av dem.
mekanisk energi definieras som ett objekts förmåga att utföra arbete. Mängden arbete ett objekt kan göra beror på två saker: dess position och dess rörelse.
vi behöver förstå mer om hur ett objekts position och rörelse påverkar dess energi innan vi tittar vidare på mekanisk energi.
Vad Är Potentiell Energi?
potentiell energi är positionens energi, även kallad lagrad energi. Dess energi finns på grund av objektets position i förhållande till varandra. Det vill säga, objektets energi ändras när objektets position ändras eller när objektet flyttar position.
till exempel har en bok på golvet relativt liten potentiell energi — den har minimal kapacitet att röra sig själv eller interagera med andra stilla eller rörliga föremål. Nu, låt oss lyfta den boken och balansera den på kanten av en hylla. Den har mycket mer potentiell energi vid denna tidpunkt. Varför? Eftersom boken kan falla och squash en förbipasserande bugg, eller skada tån, eller göra ett högt smäll när den träffar golvet.
vi har gett boken gravitationspotential energi. Boken hålls i vertikal position av hyllan. Jordens gravitationskrafter har gett boken sin lagrade energi av position, eller potentiell energi. Antag att objektets massa är större. Byt i så fall ut boken för en 10-pund hantel — objektets gravitationspotential energi ökar också.
det finns en andra form av potentiell energi relaterad till mekanisk energi som kallas elastisk potentiell energi. Detta är potentiell energi som lagras i ett objekt som kan komprimeras eller sträckas.
Tänk på en bågskytt som sträcker tillbaka den elastiska strängen på en båge. Den spända strängen har elastisk potentiell energi. När den släppts kommer den elastiska strängen att driva en pil framåt.
både gravitationella och elastiska potentiella energier är energier av position och lika viktiga faktorer när man diskuterar mekanisk energi.
Vad Är Kinetisk Energi?
kinetisk energi avser energin i rörelse och rörelse. Tänk tillbaka på vårt exempel på boken, balanserad på en hylla, full av potentiell energi.
om boken faller till marken har den kinetisk energi under sin tumling — bokens energi förändras från potentiell energi till kinetisk energi (rörelse). Det är detsamma med pilen – dess potentiella energi i en dragen båge blir kinetisk energi när pilen brinner och rör sig genom luften.
förstå mekanisk energi, potentiell energi och kinetisk energi
som nämnts är mekanisk energi förmågan hos ett objekt att göra arbete. Det är också summan av den potentiella energin hos ett objekt (gravitation eller elastisk) och dess kinetiska energi. Låt oss ta reda på hur alla tre interagerar.
lagen om bevarande av energi säger att energi inte kan skapas eller förstöras. Energi kan bara omvandlas från en energiform till en annan.
denna lag är avgörande för mekanisk energi eftersom det betyder att vi kan förstå nettokraften hos ett mekaniskt system. Vi kan träna den mekaniska energin hos ett objekt, eftersom den totala energin (potential + kinetisk) inte förändras.
Vad är exempel på mekanisk energi?
källa
vardagen är full av mekanisk energi. Här fem exempel:
- en wrecking ball som rivar byggnader har potentiell energi när den tunga bollen är redo på toppen av sin gunga. När bollen släpps, startar en cirkulär rörelse, har den kinetisk energi. När bollen träffar byggnaden applicerar den kraft på byggnaden-mekanisk energi-ett objekts förmåga att göra arbete. I det här fallet är det arbete som utförs av bollen som förstör byggnaden.
- vindkraftverk använder mekanisk energi för att förvandla vindenergi till elektrisk energi. Energin i vinden fungerar på bladen genom att rotera dem, vilket förvandlar turbinerna som skapar el. Vinden har orsakat arbetet med mekanisk energi.
- en cyklist som står bredvid sin cykel har kemisk potentiell energi tack vare maten i magen. En kemisk process frigör den kemiska energin i maten så att cyklisten kan hoppa på sin cykel och applicera kraft på pedalerna. Pedalering är en form av mekanisk energi.
- på samma sätt har en bowlingboll mer potentiell energi när vi hämtar den på bowlinghallen. När vi skål ner gränden, att potentiell energi förvandlas till kinetisk energi. Bollen har nu förmågan att utföra ”arbete” på vad det än kan stöta på. I det här fallet kommer det (förhoppningsvis!) var stiften. Det är mekanisk energi som förskjuter stiften för vad som kommer att bli en strejk.
- Kärnenergi kommer från kraftverk som använder värme från fission för att vrida elektriska generatorer för att producera el. Generatorernas vridning är mekanisk energi.
Hur Beräknar Du Mekanisk Energi?
mekanisk energi är summan av den potentiella energin hos ett objekt och ett objekts kinetiska energi. Både potentiell energi och kinetisk energi mäts i joule.
vi kan ta reda på ett objekts gravitationspotential via denna formel: PE = mgh.
- PE är potentiell energi
- M är dess massa i kg
- g är jordens gravitationsacceleration (definierad som 9,8 m/SEK2)
- h är objektets höjd ovanför jordens yta i meter
om vi håller en fyra kilo hammare (8 pund, 13 uns) några 1,5 meter (fem fot) från marken, dess potentiella energi skulle vara:
pe = 4 (kg) x 9,8 x 1,5 = 58,8 joule.
formeln för kinetisk energi är KE = Xiaomi M v2.
- KE är kinetisk energi
- M är objektets massa
- v är objektets hastighet i meter per sekund
Låt oss bash en spik i väggen med vår fyra kilo hammare och antar att vi rör oss med 20 meter per sekund (65 fot per sekund). Det ger:
KE = 0,5 (kub) x 4 (kg) x 20 (hastighet) kvadrat = 800 joule.
mekanisk energi är PE + KE, vilket ger hammaren 858 joule av mekanisk energi.
faktorer som påverkar ett objekts mekaniska energi
mekanisk energi är föremål för yttre påverkan som påverkar dess värden. I många exempel på mekanisk energi förloras energi när ”arbetet” slutförs.
inte alla objektets potential och kinetiska energi blir alltid mekanisk energi. Det finns ofta en läckage av energi.
Vad är bevarande av mekanisk energi?
källa
bild en berg-och dalbana som rör sig längs ett rakt spår med kinetisk energi. Berg-och dalbanan har den exakta mängden energi för att nå toppen av en närmande stigning och stannar högst upp där den förblir stillastående. Dess kinetiska energi har omvandlats till potentiell energi.
tum för tum, berg-och dalbanan toppar toppen och går ner på andra sidan. Potentialen har omvandlats till en ekvivalent mängd kinetisk energi.
berg-och dalbana bilens totala mekaniska energi har inte förändrats under toppar och nedfarter eller under omvandlingen från kinetisk energi till potentiell energi och tillbaka till kinetisk energi.
systemets energi har förblivit densamma. Detta kallas principen om bevarande av mekanisk energi.
påverkas mekanisk energi av icke-konservativa krafter?
principen om bevarande av mekanisk energi förutsätter att den totala mekaniska energin hos ett objekt inte förändras. (I vårt exempel skulle det vara berg-och dalbanan.) Ingen annan kraft verkar på den. Som sådan förloras ingen energi eftersom vår berg-och dalbana ändrar sin kinetiska energi för potentiell energi.
naturligtvis är inte varje energiöverföring så enkel. Yttre krafter och friktionskrafter spelar en roll i ekvationen, en del fysisk vetenskap bakom det teoretiska. Energi kan gå vilse. Hur?
friktionskrafter, även kända som icke-konservativa krafter, tar energi bort från systemet. Dessa krafter inkluderar berg-och dalbana luftmotstånd eller termisk energi förlorad när hjulen värmer spåren. Systemet kan inte återhämta denna förlorade energi.
hur mycket mekanisk energi går förlorad vid en kollision?
kollisioner är ett annat sätt mekanisk energi kan påverkas. Det finns två typer av kollisioner.
en elastisk kollision är enkel att förstå i energitermer — ingen kinetisk energi går förlorad i detta scenario, och systemets energi förblir densamma.
Föreställ dig två vagnar som reser mot varandra med samma hastighet. Så småningom, de slår in i varandra. Kollisionen sätter dem i en ny riktning men utan någon hastighetsförlust. Denna kollision definieras som en perfekt elastisk kollision utan kinetisk energiförlust.
en sådan perfekt elastisk kollision är förmodligen orealistisk i verkligheten. Kollisioner mellan atomer i gaser är ett bättre exempel på elastiska kollisioner. En Newtons vagga är kanske det närmaste praktiska exemplet på en elastisk kollision, där försumbar kinetisk energi går förlorad när bollarna svänger fram och tillbaka.
en oelastisk kollision uppstår när kinetisk energi går förlorad i en kollision. Om de två vagnarna kolliderar och sedan fortsätter sin resa med en långsammare hastighet, har kinetisk energi gått förlorad. Ett sådant scenario är mycket mer sannolikt än en elastisk kollision.
om du studsar en boll och den inte studsar upp så högt som höjden från vilken den tappades, är det en oelastisk kollision. En bowlingboll som krossar i stift är en oelastisk kollision eftersom bowlingbollen saktar ner efter kontakt.
Vem Upptäckte Mekanisk Energi Kan Gå Förlorad?
James Prescott Joule, en engelsk fysiker, matematiker och bryggeri, var en till synes osannolik upptäckare av effekterna av energiförlust i mekanisk energi.
Joule hade ingen formell fysikutbildning men ett stort intresse för mekanik. Han observerade och studerade värme som genererades genom olika källor, inklusive omrörning av vatten med en paddel och expansion av en gas till ett vakuum. Joule förståelse att värme kan skapas genom mekaniskt arbete förändrat vetenskapligt tänkande i 19th century.
hans arbete blev ryggraden i principen om bevarande av energi och termodynamikens första lag. Denna lag säger att värme är en energi som inte kan skapas eller förstöras men kan överföras eller omvandlas till en annan energityp.
förstå definitionen av mekanisk energi
mekanisk energi är en av de vanligaste typerna av energi. Det beskriver ett objekts förmåga att utföra någon form av arbete.
vi ser mekanisk energi i aktion varje dag när vi plockar upp stationära föremål och får dem att utföra uppgifter för oss, från att skjuta bågar till att spela gitarr.
mekanisk energi är den energi eller kraft som objekt har genom rörelse eller byte av position.
Presenteras av amigoenergy
alla bilder licensierade från Adobe Stock.
utvalda bilder: