במאמרים קודמים ניתחנו היטב אנרגיה קינטית וכל מה שקשור לזה. במקרה זה אנו ממשיכים בהדרכה ועוברים ללמוד אנרגיה מכנית. סוג זה של אנרגיה הוא מה שמייצר בעבודת הגוף. ניתן להעביר אותו בין גופים אחרים. ניתן לומר כי זהו סכום האנרגיה הקינטית המיוצרת על ידי תנועת גופים, עם האנרגיה הפוטנציאלית האלסטית ו / או הכבידה. אנרגיה זו מופקת באמצעות אינטראקציה של גופים ביחס למיקום שיש לכל אחד.
בפוסט זה תלמד את כל מה שקשור לאנרגיה מכנית, מאיך שהיא עובדת ועד לחישוב אותה ואת שירותיה. האם תרצה ללמוד על כך? המשך לקרוא 🙂
הסבר לאנרגיה מכנית
כדי להקל על ההבנה, ניקח דוגמא. בואו נחשוב על חפץ שנזרק מרחוק מהאדמה. אובייקט זה ישא אנרגיה קינטית קודמת מכיוון שהוא נע. ככל שהוא מתקדם, הוא רוכש מהירות ואנרגיה פוטנציאלית של כוח משיכה כאשר הוא מוגבה מעל פני הקרקע. ניקח כדוגמה זריקת כדור.
אם ניקח בחשבון שזרוענו מפעילה עבודה על הכדור, היא מעבירה אליו את האנרגיה הקינטית כדי שתוכל לנוע. בדוגמה זו אנו הולכים לשקול כוח חיכוך זניח עם אוויר אחרת זה היה מקשה מאוד על חישובים ולמידת המושג. כאשר הכדור נזרק ונמצא באוויר, הוא נושא את האנרגיה הקינטית המניעה אותו לתנועה ואת האנרגיה הפוטנציאלית הכבידה שמושכת אותו לקרקע מכיוון שהוא מוגבה.
תמיד צריך לזכור שאנחנו נתונים לכוח הכבידה. כוח המשיכה של כדור הארץ דוחף אותנו לעבר האדמה עם תאוצה של 9,8 מטר לשנייה בריבוע. לשני הכוחות האינטראקציה עם הכדור מהירות, תאוצה וכיוון שונים. לכן, אנרגיה מכנית היא התוצאה של שתי האנרגיות.
יחידת המדידה של אנרגיה מכנית, על פי המערכת הבינלאומית, היא הג'ול.
נוסחה
עבור פיזיקאים, חישוב אנרגיה מכנית מתורגם לסכום האנרגיה הקינטית ופוטנציאל הכבידה. זה מתבטא בנוסחה:
Em = Ec + Ep
כאשר Em היא האנרגיה המכנית, Ec הקינטית ו- Ep הפוטנציאל. ראינו את נוסחת האנרגיה הקינטית בפוסט אחר. כאשר אנו מדברים על אנרגיה פוטנציאלית כבידתית, אנו מדברים על תוצאה של מסה כפול גובה וכוח המשיכה. הכפל של יחידות אלה מראה לנו את האנרגיה הפוטנציאלית של אובייקט.
עקרון של שימור אנרגיה
מורים תמיד התעקשו שוב ושוב שהאנרגיה לא נוצרת ולא נהרסת, אלא הופכת. זה מביא אותנו לעיקרון של שמירת אנרגיה.
כאשר אנרגיה מכנית מגיעה ממערכת מבודדת (כזו שאין בה חיכוך) המבוססת על כוחות שמרניים (השומרת על האנרגיה המכנית של המערכת) התוצאה שלו תישאר קבועה. במצב אחר, האנרגיה של הגוף תהיה קבועה כל עוד השינוי מתרחש רק במצב האנרגיה ולא בערכו. כלומר, אם האנרגיה הופכת מקינטית לפוטנציאלית או מכנית.
לדוגמא, אם נזרוק את הכדור אנכית יהיה לו את כל האנרגיה הקינטית והפוטנציאלית ברגע העלייה. עם זאת, כאשר היא תגיע לנקודה הגבוהה ביותר שלה, כשהיא נעצרת ללא תזוזה, תהיה לה רק האנרגיה הפוטנציאלית הכבידה. במקרה זה, האנרגיה נשמרת, אך במצב פוטנציאלי.
ניכוי זה יכול לבוא לידי ביטוי מתמטי באמצעות המשוואה:
Em = Ec + Ep = קבוע
דוגמאות לתרגילים
כדי להציע לך לימוד טוב יותר של סוג זה של אנרגיה, אנו נביא כמה דוגמאות לתרגילים ונפתור אותם שלב אחר שלב. בשאלות אלה נשתלב בסוגי האנרגיה השונים שראינו עד כה.
- בדוק את האפשרות הלא נכונה:
- א) אנרגיה קינטית היא האנרגיה שיש לגוף, מכיוון שהיא בתנועה.
- ב) ניתן לומר כי אנרגיית פוטנציאל הכבידה היא האנרגיה שיש לגוף מכיוון שהיא ממוקמת בגובה מסוים מעל פני האדמה.
- ג) האנרגיה המכנית הכוללת של גוף נפוצה, אפילו עם הופעת חיכוך.
- ד) האנרגיה הכוללת של היקום קבועה, וניתן להפוך אותה מצורה אחת לאחרת; עם זאת, לא ניתן ליצור או להשמיד אותו.
- ה) כאשר לגוף יש אנרגיה קינטית, הוא מסוגל לעשות עבודה.
במקרה זה, האפשרות הלא נכונה היא האחרונה. העבודה לא נעשית על ידי האובייקט בעל האנרגיה הקינטיתאבל הגוף שנתן לך את האנרגיה הזו. בוא נחזור לדוגמת הכדור. על ידי השלכתו לאוויר, אנו אלו שעושים את העבודה בכדי להעניק לו את האנרגיה הקינטית לזוז.
- בואו נגיד שאוטובוס עם מסה m עובר בדרך הררית ויורד בגובה h. נהג האוטובוס שומר על הבלמים כדי למנוע התרסקות במורד. זה שומר על מהירות האוטובוס קבועה גם כאשר האוטובוס יורד. בהתחשב בתנאים אלה, ציין אם הם נכונים או כוזבים:
- הווריאציה של האנרגיה הקינטית של המכונית היא אפס.
- האנרגיה המכנית של מערכת האוטובוס-כדור הארץ נשמרת, מכיוון שמהירות האוטובוס קבועה.
- האנרגיה הכוללת של מערכת האוטובוסים-כדור הארץ נשמרת, אם כי חלק מהאנרגיה המכנית הופכת לאנרגיה פנימית.
התשובה לתרגיל זה היא V, F, V. כלומר, האפשרות הראשונה נכונה. אם נלך לנוסחה של אנרגיה קינטית נוכל לראות שאם המהירות קבועה, האנרגיה הקינטית נשארת קבועה. אנרגיה מכנית אינה נשמרת, מכיוון שפוטנציאל הכבידה ממשיך להשתנות בירידה מגובה. האחרון נכון, מכיוון שהאנרגיה הפנימית של הרכב צומחת כדי לשמור על תנועת הגוף.
אני מקווה שעם הדוגמאות הללו תוכלו ללמוד טוב יותר על אנרגיה מכנית ולעמוד בבחינות הגופניות שעולות כל כך הרבה לאנשים רבים 😛