En anteriors articles analitzem a fons l'energia cinètica i tot el relacionat amb ella. En aquest cas, vam continuar amb la formació i passem a estudiar l'energia mecànica. Aquest tipus d'energia és la que es produeix per la feina d'un cos. Pot ser transferida entre altres cossos. Es podria dir que és la suma de l'energia cinètica que es produeix pel moviment dels cossos, amb l'energia potencial elàstica i / o gravitatòria. Aquesta energia es produeix per mitjà de la interacció dels cossos en relació amb la posició que té cada un.
En aquest post podràs conèixer tot el relacionat amb l'energia mecànica, des de com funciona fins a com calcular-la i les seves utilitats. T'agradaria aprendre sobre això? Segueix llegint 🙂
Explicació de l'energia mecànica
Perquè s'entengui fàcilment, posem un exemple. Anem a pensar en un objecte que es llança des d'una distància de terra. Aquest objecte portarà una energia cinètica prèvia per estar movent-se. Conforme va avançant, adquireix una velocitat i una energia potencial gravitatòria a l'estar elevat sobre el nivell de terra. Posem el llançament d'una pilota com a exemple.
Tenint en compte que el nostre braç exerceix un treball sobre la pilota, li transfereix l'energia cinètica perquè es pugui desplaçar. En aquest exemple considerarem la força de fregament amb l'aire menyspreable o, en cas contrari, dificultaria enormement els càlculs i l'aprenentatge de l'concepte. Quan la pilota ha estat llançada i està en l'aire, porta l'energia cinètica que l'impulsa a moure i l'energia potencial gravitatòria que l'atrau cap a terra per estar elevat.
Sempre cal tenir en compte que estem sotmesos a la força de la gravetat. La gravetat terrestre ens empeny cap a terra amb una acceleració de 9,8 metres per segon a l'quadrat. Les dues forces que estan interactuant amb la pilota tenen una velocitat, acceleració i direcció diferent. Per això, l'energia mecànica és la resultant de les dues energies.
La unitat de mesura de l'energia mecànica, segons el Sistema internacional, és el juliol.
fórmula
Per als físics, calcular l'energia mecànica es tradueix en la suma de l'energia cinètica i la potencial gravitatòria. Això s'expressa per la fórmula:
Em = Ec + Ep
On Em és l'energia mecànica, Ec la cinètica i Ep la potencial. La fórmula de l'energia cinètica la vam veure en un altre post. Quan parlem d'energia potencial gravitatòria, estem parlant d'el resultat de la massa per l'altura i per la gravetat. La multiplicació d'aquestes unitats ens ensenya l'energia potencial d'un objecte.
Principi de conservació de l'energia
Des de sempre els professors ens han insistit una vegada i una altra en què l'energia no es crea ni es destrueix, sinó que es transforma. Això ens porta fins al principi de la conservació de l'energia.
Quan l'energia mecànica prové d'un sistema aïllat (aquell en el qual no hi ha fricció) basat en les forces conservatives (que conserva l'energia mecànica de sistema) seva resultant romandrà constant. En una altra situació, l'energia de el cos serà constant sempre que el canvi es produeixi només en la manera d'energia i no en el seu valor. És a dir, si l'energia es transforma de cinètica en potencial o en mecànica.
Per exemple, si llancem la pilota verticalment tindrà tota l'energia cinètica i potencial en el moment de l'ascens. No obstant això, quan arribi al seu punt més alt, a l'estar parada sense desplaçament, només tindrà l'energia potencial gravitatòria. En aquest cas, l'energia es conserva, però de cap manera de potencial.
Aquesta deducció es pot expressar matemàticament amb l'equació:
Em = Ec + Ep = constant
Exemples d'exercicis
Per oferir-vos una millor ensenyament d'aquest tipus d'energia, posarem uns quants exemples d'exercicis i els resoldrem pas per pas. En aquesta qüestions involucrarem els diferents tipus d'energia que hem vist fins ara.
- Marqueu l'opció incorrecta:
- a) Energia cinètica és l'energia que un cos posseeix, per estar aquest en moviment.
- b) Es pot dir que energia potencial gravitatòria és l'energia que un cos posseeix per situar-se a una certa altura sobre la superfície terrestre.
- c) L'energia mecànica total d'un cos és comú, fins i tot amb l'aparició de fricció.
- d) L'energia total de l'univers és constant, podent ser transformada d'una forma a una altra; però, no pot ser creada ni destruïda.
- e) Quan un cos posseeix energia cinètica, que és capaç de realitzar treball.
En aquest cas, l'opció incorrecta és l'última. El treball no el realitza l'objecte que posseeix l'energia cinètica, Sinó el cos que li ha donat aquesta energia. Tornem a l'exemple de la pilota. A l'llançar-la nosaltres a l'aire, som els que exercim el treball per atorgar-li la energia cinètica per desplaçar-se.
- Posem que un autobús amb una massa m avança per una carretera de muntanya i va descendint per una altura h. El conductor de l'autobús manté els frens trepitjats per no xocar costa avall. Això fa que la velocitat de l'autobús romangui constant encara que aquest estigui baixant. Considerant aquestes condicions, assenyala si és verdader o fals:
- La variació de l'energia cinètica de l'cotxe és nul·la.
- L'energia mecànica de sistema bus-Terra es conserva, ja que la velocitat de l'autobús és constant.
- L'energia total de sistema bus-Terra es conserva, encara que part de l'energia mecànica es transforma en energia interna.
La resposta d'aquest exercici és V, F, V. És a dir, la primera opció és veritable. Si ens anem fins a la fórmula de l'energia cinètica podem veure que si la velocitat és constant l'energia cinètica es manté constant. L'energia mecànica no es conserva, ja que la potencial gravitatòria segueix variant al l'descendir d'altures. L'última sí que és veritable, ja que l'energia interna de el vehicle creix per mantenir el cos en moviment.
Espero que amb aquests exemples puguin aprendre millor sobre l'energia mecànica i aprovar els exàmens física que tant costen a moltes persones 😛