Σε προηγούμενα άρθρα αναλύσαμε διεξοδικά κινητική ενέργεια και όλα όσα σχετίζονται με αυτό. Σε αυτήν την περίπτωση, συνεχίζουμε την εκπαίδευση και συνεχίζουμε να σπουδάζουμε μηχανική ενέργεια. Αυτός ο τύπος ενέργειας είναι αυτό που παράγεται από την εργασία ενός σώματος. Μπορεί να μεταφερθεί μεταξύ άλλων φορέων. Θα μπορούσε να ειπωθεί ότι είναι το άθροισμα της κινητικής ενέργειας που παράγεται από την κίνηση των σωμάτων, με την ελαστική και / ή τη βαρυτική δυναμική ενέργεια. Αυτή η ενέργεια παράγεται μέσω της αλληλεπίδρασης των σωμάτων σε σχέση με τη θέση που έχει ο καθένας.
Σε αυτήν την ανάρτηση θα μάθετε τα πάντα που σχετίζονται με τη μηχανική ενέργεια, από τον τρόπο λειτουργίας έως τον τρόπο υπολογισμού της και των βοηθητικών προγραμμάτων της. Θα θέλατε να μάθετε για αυτό; Συνεχίστε να διαβάζετε 🙂
Επεξήγηση της μηχανικής ενέργειας
Για να το καταλάβουμε εύκολα, ας πάρουμε ένα παράδειγμα. Ας σκεφτούμε ένα αντικείμενο που ρίχνεται από απόσταση από το έδαφος. Αυτό το αντικείμενο θα μεταφέρει μια προηγούμενη κινητική ενέργεια επειδή κινείται. Καθώς προχωρά, αποκτά ταχύτητα και δυναμική ενέργεια βαρύτητας όταν ανυψώνεται πάνω από το επίπεδο του εδάφους. Ας πάρουμε για παράδειγμα τη ρίψη μιας μπάλας.
Λαμβάνοντας υπόψη ότι το χέρι μας ασκεί εργασία στη μπάλα, μεταφέρει την κινητική ενέργεια σε αυτό, ώστε να μπορεί να κινηθεί. Σε αυτό το παράδειγμα θα εξετάσουμε αμελητέα δύναμη τριβής με αέρα Ή αλλιώς θα έκανε τους υπολογισμούς και την εκμάθηση της έννοιας πολύ δύσκολη. Όταν η μπάλα έχει πεταχτεί και είναι στον αέρα, μεταφέρει την κινητική ενέργεια που την ωθεί να κινηθεί και τη δυναμική ενέργεια βαρύτητας που την τραβάει στο έδαφος επειδή είναι ανυψωμένη.
Πρέπει πάντα να έχουμε κατά νου ότι υπόκεινται στη δύναμη της βαρύτητας. Η βαρύτητα της Γης μας ωθεί προς το έδαφος με επιτάχυνση 9,8 μέτρων ανά δευτερόλεπτο. Και οι δύο δυνάμεις που αλληλεπιδρούν με τη μπάλα έχουν διαφορετική ταχύτητα, επιτάχυνση και κατεύθυνση. Επομένως, η μηχανική ενέργεια είναι το αποτέλεσμα και των δύο ενεργειών.
Η μονάδα μέτρησης της μηχανικής ενέργειας, σύμφωνα με το Διεθνές Σύστημα, είναι η joule.
Τύπος
Για τους φυσικούς, ο υπολογισμός της μηχανικής ενέργειας μεταφράζεται στο άθροισμα της κινητικής ενέργειας και του βαρυτικού δυναμικού. Αυτό εκφράζεται με τον τύπο:
Em = Ec + Επ
Όπου Em είναι η μηχανική ενέργεια, Ec η κινητική και Ep το δυναμικό. Είδαμε τον τύπο κινητικής ενέργειας σε μια άλλη θέση. Όταν μιλάμε για βαρυτική δυνητική ενέργεια, μιλάμε για το αποτέλεσμα του ύψους και του βάρους των χρόνων μάζας. Ο πολλαπλασιασμός αυτών των μονάδων μας δείχνει τη δυνητική ενέργεια ενός αντικειμένου.
Αρχή διατήρησης της ενέργειας
Οι δάσκαλοι πάντα επέμεναν ξανά και ξανά ότι η ενέργεια δεν δημιουργείται ούτε καταστρέφεται, αλλά μεταμορφώνεται. Αυτό μας φέρνει στην αρχή της εξοικονόμησης ενέργειας.
Όταν η μηχανική ενέργεια προέρχεται από ένα απομονωμένο σύστημα (στο οποίο δεν υπάρχει τριβή) που βασίζεται σε συντηρητικές δυνάμεις (που διατηρεί τη μηχανική ενέργεια του συστήματος) το αποτέλεσμα θα παραμείνει σταθερό. Σε μια άλλη κατάσταση, η ενέργεια του σώματος θα είναι σταθερή, αρκεί η αλλαγή να πραγματοποιείται μόνο στον ενεργειακό τρόπο και όχι στην τιμή του. Δηλαδή, εάν η ενέργεια μετατρέπεται από κινητική σε δυναμική ή σε μηχανική.
Για παράδειγμα, αν ρίξουμε την μπάλα κάθετα, θα έχει όλη την κινητική και πιθανή ενέργεια τη στιγμή της ανάβασης. Ωστόσο, όταν φτάσει στο υψηλότερο σημείο του, σταματώντας χωρίς μετατόπιση, θα έχει μόνο τη βαρυτική δυναμική ενέργεια. Σε αυτήν την περίπτωση, η ενέργεια διατηρείται, αλλά σε πιθανή λειτουργία.
Αυτή η έκπτωση μπορεί να εκφραστεί μαθηματικά με την εξίσωση:
Em = Ec + Ep = σταθερά
Παραδείγματα ασκήσεων
Για να σας προσφέρουμε μια καλύτερη διδασκαλία αυτού του τύπου ενέργειας, θα βάλουμε μερικά παραδείγματα ασκήσεων και θα τα λύσουμε βήμα προς βήμα. Σε αυτές τις ερωτήσεις θα συμπεριλάβουμε τους διαφορετικούς τύπους ενέργειας που έχουμε δει μέχρι τώρα.
- Ελέγξτε τη λάθος επιλογή:
- α) Η κινητική ενέργεια είναι η ενέργεια που διαθέτει ένα σώμα, επειδή κινείται.
- β) Μπορούμε να πούμε ότι η δυναμική βαρυτική ενέργεια είναι η ενέργεια που διαθέτει ένα σώμα επειδή βρίσκεται σε ένα ορισμένο ύψος πάνω από την επιφάνεια της γης.
- γ) Η συνολική μηχανική ενέργεια ενός σώματος είναι κοινή, ακόμη και με την εμφάνιση τριβής.
- δ) Η συνολική ενέργεια του σύμπαντος είναι σταθερή και μπορεί να μετατραπεί από τη μία μορφή στην άλλη. Ωστόσο, δεν μπορεί να δημιουργηθεί ή να καταστραφεί.
- ε) Όταν ένα σώμα έχει κινητική ενέργεια, είναι ικανό να κάνει δουλειά.
Σε αυτήν την περίπτωση, η λάθος επιλογή είναι η τελευταία. Η εργασία δεν γίνεται από το αντικείμενο που έχει την κινητική ενέργειαΑλλά το σώμα που σου έχει δώσει αυτή την ενέργεια. Ας επιστρέψουμε στο παράδειγμα της μπάλας. Πετώντας το στον αέρα, είμαστε αυτοί που κάνουμε τη δουλειά για να του δώσουμε την κινητική ενέργεια για να κινηθεί.
- Ας πούμε ότι ένα λεωφορείο με μάζα ταξιδεύει κατά μήκος ενός ορεινού δρόμου και κατεβαίνει κατά ύψος h. Ο οδηγός λεωφορείου διατηρεί τα φρένα για να αποφύγει την κατάρρευση. Αυτό διατηρεί σταθερή την ταχύτητα του λεωφορείου ακόμη και όταν το λεωφορείο κατεβαίνει. Λαμβάνοντας υπόψη αυτές τις συνθήκες, υποδείξτε εάν είναι αλήθεια ή ψευδές:
- Η διακύμανση της κινητικής ενέργειας του αυτοκινήτου είναι μηδενική.
- Η μηχανική ενέργεια του συστήματος bus-Earth διατηρείται, καθώς η ταχύτητα του διαύλου είναι σταθερή.
- Η συνολική ενέργεια του συστήματος bus-Earth διατηρείται, αν και μέρος της μηχανικής ενέργειας μετατρέπεται σε εσωτερική ενέργεια.
Η απάντηση σε αυτήν την άσκηση είναι V, F, V. Δηλαδή, η πρώτη επιλογή είναι αλήθεια. Αν πάμε στον τύπο κινητικής ενέργειας μπορούμε να δούμε ότι εάν η ταχύτητα είναι σταθερή, η κινητική ενέργεια παραμένει σταθερή. Η μηχανική ενέργεια δεν διατηρείται, καθώς το βαρυτικό δυναμικό συνεχίζει να ποικίλλει όταν κατεβαίνει από τα ύψη. Το τελευταίο ισχύει, καθώς η εσωτερική ενέργεια του οχήματος αυξάνεται για να διατηρεί το σώμα σε κίνηση.
Ελπίζω ότι με αυτά τα παραδείγματα μπορείτε να μάθετε καλύτερα για τη μηχανική ενέργεια και να περάσετε τις φυσικές εξετάσεις που κοστίζουν τόσο πολύ σε πολλούς ανθρώπους 😛