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
Добавить комментарий