Korábbi cikkekben alaposan elemeztük kinetikus energia és minden, ami ezzel kapcsolatos. Ebben az esetben folytatjuk a képzést, és tovább tanulunk mechanikai energia. Ez az energiatípus az, amit egy test munkája termel, és átvihető más testek között. A mechanikai energia a kinetikus energia (mozgás) rugalmas és/vagy gravitációs potenciális energiával rendelkező összege, amelyet a testek helyzetüktől függően kölcsönhatása hoz létre.
Ebben a cikkben elmagyarázzuk a mechanikai energia működését, kiszámítását, valamint néhány példát és alkalmazást. Ha világosan és egyszerűen szeretné megérteni ezt a fogalmat, olvassa tovább.
A mechanikai energia magyarázata
Vegyünk egy példát a mechanikai energia magyarázatára. Képzeljük el, hogy egy labdát dobunk egy bizonyos magasságból. A dobás során a labda rendelkezik Kinetikus energia mozgása miatt a levegőben lévén meg is szerzi gravitációs potenciális energia talajhoz viszonyított helyzete miatt. Ahogy emelkedik, a potenciális energia növekszik, és ahogy csökken, ez a potenciális energia mozgási energiává alakul.
A labdát mozgató kar dolgozik rajta, és mozgási energiát ad át neki. Ha figyelmen kívül hagyjuk a levegővel való súrlódást, a labda megőrzi teljes mechanikai energiáját, ami a kinetikai és a potenciális energia összege. Valójában egy rendszer mechanikai energiája állandó maradhat, ha nincsenek ellenálló erők, például súrlódás.
Fontos megjegyezni, hogy a súly Ez egy állandó erő (9,8 m/s² a Földön), és mindig tárgyakra hat. Így a számított mechanikai energia egy test sebessége, tömege és magassága közötti kölcsönhatás eredménye lesz. A mechanikai energia mértékegysége a július (J), a Nemzetközi Mértékegységrendszer szerint.
Mechanikai energia képlet
A mechanikai energia (Em) az összege mozgási energia (Ec) és potenciális energia (Ep). Matematikailag a következőképpen fejezhető ki:
Em = Ec + Ep
A Kinetikus energia (Ec), a következő képletet használjuk:
- Ec = 1/2 mv²
ahol m a test tömege és v a sebesség.
Mivel a gravitációs potenciális energia (Ep), a képlet a következő:
- Ep = mgh
ahol m a tömeg, g a gravitáció okozta gyorsulás és h a magasság.
Ily módon, ha ismeri az objektum tömegét, sebességét és magasságát, ahonnan kilövés, akkor kiszámíthatja a mechanikai energiáját.
Principio de Conservación de la Energy Mecánica
A fizika egyik alapelve az, amely ezt kimondja Az energia nem keletkezik és nem is semmisül meg, hanem átalakul. Ez az úgynevezett az energia megőrzésének elve. A mechanikai energia esetében ez az elv akkor érvényes, ha a rendszer izolált, vagyis ha nincsenek nem konzervatív erők, például súrlódás.
Ha egy labdát a levegőbe dobunk, akkor a legmagasabb pontján a mozgási energiája nulla, a gravitációs potenciális energiája viszont maximális. Leszállás közben a potenciális energia mozgási energiává alakul át. A folyamat során a rendszer teljes mechanikai energiája állandó marad.
Az elvet leíró matematikai egyenlet a következő:
Em = Ec + Ep = állandó
Valós rendszerekben a súrlódás és más nem konzervatív erők jelenléte megváltoztatja ezt az egyenletet, aminek következtében az energia egy része hőként vagy más formában disszipálódik. Ennek ellenére ez az elv hasznos marad számos fizikai rendszer elemzéséhez.
Példák gyakorlatokra
Nézzünk meg néhány gyakorlatot a fent leírt fogalmak alkalmazásának szemléltetésére:
- Válassza ki a rossz lehetőséget:
- a) A mozgási energia az az energia, amelyet a test mozgásból nyer.
- b) A gravitációs potenciálenergia az az energia, amellyel egy test rendelkezik, mert egy bizonyos magasságban helyezkedik el.
- c) Egy test teljes mechanikai energiája súrlódás esetén is állandó marad.
- d) A világegyetem energiája állandó és csak átalakul.
- e) Ha egy testnek kinetikus energiája van, akkor képes munkát végezni.
A rossz lehetőség az (C). A mechanikai energia súrlódás esetén nem marad meg, mivel egy része hőként disszipálódik.
- A busz mozgási energiájának változása nulla.
- A busz-föld rendszer mechanikai energiája megmarad.
- A busz-Föld rendszer teljes energiája megmarad, bár egy része átalakul belső energiává.
Ebben az esetben a helyes válasz az V, F, V. A mozgási energia nem változik, mert a sebesség állandó; A mechanikai energia azonban nem marad meg a rendszer belső energiájának súrlódás miatti növekedése miatt.
Ezek a példák szemléltetik annak fontosságát, hogy megértsük, hogyan hatnak egymásra az erők és az energia különböző kontextusokban. A mechanikai energia kulcsfontosságú számos mindennapi alkalmazásban, a jármű mozgatásától a trambulinról való leugrásig.
A mechanikai energia helyes megértése nem csak a vizsgák letételéhez hasznos, hanem a körülöttünk lévő világ jelenségeinek megértéséhez is.