Negli articoli precedenti abbiamo analizzato a fondo energia cinetica e tutto ciò che è correlato ad esso. In questo caso, continuiamo con la formazione e andiamo a studiare energia meccanica. Questo tipo di energia è ciò che viene prodotto dal lavoro di un corpo. Può essere trasferito tra altri organismi. Si potrebbe dire che è la somma dell'energia cinetica prodotta dal movimento dei corpi, con l'energia potenziale elastica e / o gravitazionale. Questa energia viene prodotta attraverso l'interazione dei corpi in relazione alla posizione che ciascuno ha.
In questo post imparerai tutto ciò che riguarda l'energia meccanica, da come funziona a come calcolarla e le sue utilità. Ti piacerebbe saperne di più? Continua a leggere 🙂
Spiegazione dell'energia meccanica
Per facilitare la comprensione, facciamo un esempio. Pensiamo a un oggetto che viene lanciato da lontano da terra. Quell'oggetto trasporterà un'energia cinetica precedente perché è in movimento. Man mano che avanza, acquisisce velocità ed energia potenziale gravitazionale quando viene elevato al di sopra del livello del suolo. Prendiamo come esempio il lancio di una palla.
Tenendo conto che il nostro braccio esercita un lavoro sulla palla, gli trasferisce l'energia cinetica in modo che possa muoversi. In questo esempio prenderemo in considerazione trascurabile forza di attrito con l'aria Oppure renderebbe molto difficili i calcoli e l'apprendimento del concetto. Quando la palla è stata lanciata ed è in aria, trasporta l'energia cinetica che la spinge a muoversi e l'energia potenziale gravitazionale che la attira a terra perché elevata.
Dobbiamo sempre tenere presente che siamo soggetti alla forza di gravità. La gravità terrestre ci spinge verso il suolo con un'accelerazione di 9,8 metri al secondo al quadrato. Entrambe le forze che interagiscono con la palla hanno velocità, accelerazione e direzione diverse. Pertanto, l'energia meccanica è la risultante di entrambe le energie.
L'unità di misura dell'energia meccanica, secondo il Sistema Internazionale, è il joule.
Formula
Per i fisici, il calcolo dell'energia meccanica si traduce nella somma dell'energia cinetica e del potenziale gravitazionale. Questo è espresso dalla formula:
Em = Ec + Ep
Dove Em è l'energia meccanica, Ec la cinetica ed Ep il potenziale. Abbiamo visto la formula dell'energia cinetica in un altro post. Quando parliamo di energia potenziale gravitazionale, stiamo parlando del risultato di massa moltiplicato per altezza e gravità. La moltiplicazione di queste unità ci mostra l'energia potenziale di un oggetto.
Principio di conservazione dell'energia
Gli insegnanti hanno sempre insistito ripetutamente sul fatto che l'energia non viene né creata né distrutta, ma trasformata. Questo ci porta al principio di conservazione dell'energia.
Quando l'energia meccanica proviene da un sistema isolato (uno in cui non c'è attrito) basato su forze conservative (che conserva l'energia meccanica del sistema) la sua risultante rimarrà costante. In un'altra situazione, l'energia del corpo sarà costante fintanto che il cambiamento avviene solo nella modalità energetica e non nel suo valore. Cioè, se l'energia viene trasformata da cinetica a potenziale o meccanica.
Ad esempio, se lanciamo la palla verticalmente, avrà tutta l'energia cinetica e potenziale al momento della risalita. Tuttavia, quando raggiunge il suo punto più alto, essendo fermato senza spostamento, avrà solo l'energia potenziale gravitazionale. In questo caso, l'energia viene conservata, ma in modalità potenziale.
Questa deduzione può essere espressa matematicamente con l'equazione:
Em = Ec + Ep = costante
Esempi di esercizi
Per offrirti un insegnamento migliore di questo tipo di energia, metteremo alcuni esempi di esercizi e li risolveremo passo dopo passo. In queste domande coinvolgeremo i diversi tipi di energia che abbiamo visto finora.
- Seleziona l'opzione sbagliata:
- a) L'energia cinetica è l'energia che un corpo possiede, perché è in movimento.
- b) Si può dire che l'energia potenziale gravitazionale è l'energia che un corpo possiede perché si trova ad una certa altezza sopra la superficie terrestre.
- c) L'energia meccanica totale di un corpo è comune, anche con l'apparenza di attrito.
- d) L'energia totale dell'universo è costante e può essere trasformata da una forma all'altra; tuttavia, non può essere creato o distrutto.
- e) Quando un corpo ha energia cinetica, è in grado di lavorare.
In questo caso, l'opzione sbagliata è l'ultima. Il lavoro non viene svolto dall'oggetto che possiede l'energia cineticaMa il corpo che ti ha dato quell'energia. Torniamo all'esempio della palla. Lanciandolo in aria, siamo noi a fare il lavoro per dargli l'energia cinetica per muoversi.
- Diciamo che un autobus di massa m percorre una strada di montagna e scende di quota h. L'autista dell'autobus tiene i freni per evitare di schiantarsi in discesa. Ciò mantiene la velocità dell'autobus costante anche quando l'autobus è in discesa. Considerando queste condizioni, indica se è vero o falso:
- La variazione dell'energia cinetica dell'auto è nulla.
- L'energia meccanica del sistema bus-Terra viene conservata, poiché la velocità del bus è costante.
- L'energia totale del sistema bus-Terra viene conservata, sebbene parte dell'energia meccanica venga trasformata in energia interna.
La risposta a questo esercizio è V, F, V. Cioè, la prima opzione è vera. Se andiamo alla formula per l'energia cinetica possiamo vedere che se la velocità è costante, l'energia cinetica rimane costante. L'energia meccanica non viene conservata, poiché il potenziale gravitazionale continua a variare quando si scende dall'alto. L'ultima è vera, poiché l'energia interna del veicolo cresce per mantenere il corpo in movimento.
Spero che con questi esempi possiate imparare meglio sull'energia meccanica e superare gli esami fisici che costano così tanto a tante persone 😛