Главная страница » Механическая энергия
Физика

Механическая энергия

Мы объясним, что такое механическая энергия и как ее можно классифицировать. Также примеры потенциальной и кинетической механической энергии
Механическая энергия включает в себя кинетическую, упругую и потенциальную энергию объекта

Что такое механическая энергия?

Механическая энергия – это сумма кинетической энергии и потенциальной энергии тела или системы. Кинетическая энергия – это энергия тел, находящихся в движении , поскольку она зависит от их скоростей и масс. Потенциальная энергия, с другой стороны, связана с работой так называемых консервативных сил, таких как упругие и гравитационные силы, которые зависят от массы тел и их положения и структуры

WNH5G Принцип сохранения энергии гласит, что механическая энергия сохраняется (остается постоянной) до тех пор, пока силы, действующие на тело или систему, консервативны, т.е. не приводят к потере энергии системой. Математически этот принцип можно записать следующим образом:

Emec = Ec + Ep = cte

где Ec – это кинетическая энергия системы, а Ep – ее потенциальная энергия , которая может быть гравитационной, упругой, электрической и т.д

Это соотношение не выполняется, если на систему действуют неконсервативные силы. Например, при движении на поверхностях с трением (таких как большинство поверхностей) кинетическая энергия рассеивается в виде тепла. Механическая энергия системы также может быть потеряна в виде тепла, например, в термодинамических системах, где механическая энергия может быть преобразована в тепловую

Механическая энергия часто используется для выполнения работы или преобразуется в другие формы энергии, такие как гидроэнергия (когда человек использует потенциальную энергию падающей воды для выполнения работы). Другой пример – энергия ветра или энергия приливов и отливов , которая использует кинетическую энергию ветра и приливов для преобразования их в другую полезную энергию

Виды механической энергии

Кинетическая энергия связана со скоростью и перемещением объектов.

Механическая энергия – это сумма следующих энергий:

  • Кинетическая энергия. Это энергия, которой обладают объекты или система в движении и которая зависит от скорости и массы . Например: мяч в движении.
  • Потенциальная энергия. Это энергия, связанная с положением тела в консервативном силовом поле, таком как гравитационное, упругое, электрическое и т.д. Потенциальная энергия, в свою очередь, может быть двух видов:
  • Гравитационная потенциальная энергия. Это энергия, обусловленная действием гравитации на тела. Например: предмет, падающий с определенной высоты.
  • Упругая потенциальная энергия. Это энергия, которой обладают системы, деформированные силой. Энергия остается в системе до тех пор, пока сила не перестанет действовать и система не вернется к своей первоначальной форме, преобразуя энергию упругости в кинетическую энергию. Например: пружина, которая растягивается или сжимается под действием внешней силы, которая, прекращая свое действие, позволяет пружине вернуться в свое нормальное, равновесное положение.

Примеры механической энергии

Ниже приведены некоторые возможные примеры механической энергии в ее различных формах:

  • Тележка с американскими горками. В самой высокой точке тележка накопит достаточно гравитационной потенциальной энергии (за счет высоты), чтобы через секунду свободно упасть и преобразовать ее в кинетическую энергию (за счет движения) и достичь бешеной скорости.
  • Ветряная мельница. Кинетическая энергия ветра придает лопастям ветряной мельницы тягу, которая преобразуется в механическую работу : для вращения шестерни, которая перемалывает зерна.
  • Маятник. Гравитационная потенциальная энергия гири преобразуется в кинетическую энергию, чтобы заставить ее двигаться по траектории, сохраняя полную механическую энергию.
  • Батут . Ныряющий с доски использует свой вес (гравитационную потенциальную энергию) для деформации доски вниз (упругая потенциальная энергия), а доска, восстанавливая свою форму, толкает его вверх, увеличивая его высоту (еще больше гравитационного потенциала), который затем преобразуется в кинетическую энергию во время свободного падения в воду.

Кинетическая и потенциальная механическая энергия

Как уже говорилось, механическая энергия включает в себя две энергии: кинетическую и потенциальную

Первая рассчитывается по простой формуле Ec = ½ m. v2 , а единицей ее измерения в Международной системе будет джоуль (J)

Потенциальная энергия, с другой стороны, – это количество энергии, запасенной в системе вследствие ее определенной конфигурации или расположения относительно силового поля (гравитационного, упругого или электромагнитного). Эта энергия подвержена преобразованию в другие формы энергии, например, в кинетическую энергию

Аватар

Дмитрий Смирнов

Добавить комментарий

Нажмите здесь, чтобы оставить комментарий

Вам будет интересно