В предыдущих статьях мы подробно проанализировали кинетическая энергия и все, что с этим связано. В этом случае мы продолжаем обучение и переходим к изучению механическая энергия. Этот тип энергии вырабатывается в результате работы тела. Его можно передавать между другими телами. Можно сказать, что это сумма кинетической энергии, производимой движением тел, с упругой и / или гравитационной потенциальной энергией. Эта энергия производится посредством взаимодействия тел в зависимости от положения каждого из них.
В этом посте вы узнаете все, что связано с механической энергией, от того, как она работает, до того, как ее вычислять и использовать. Хотели бы вы об этом узнать? Продолжайте читать 🙂
Объяснение механической энергии
Чтобы было легче понять, возьмем пример. Представим себе объект, брошенный издалека с земли. Этот объект будет нести предыдущую кинетическую энергию, потому что он движется. По мере продвижения он приобретает скорость и гравитационную потенциальную энергию, когда поднимается над уровнем земли. Возьмем, к примеру, метание мяча.
Принимая во внимание, что наша рука воздействует на мяч, она передает ему кинетическую энергию, чтобы он мог двигаться. В этом примере мы рассмотрим незначительная сила трения с воздухом В противном случае это сильно затруднило бы вычисления и изучение концепции. Когда мяч брошен и находится в воздухе, он несет кинетическую энергию, которая заставляет его двигаться, и гравитационную потенциальную энергию, которая притягивает его к земле, потому что он поднят.
Мы всегда должны помнить, что на нас действует сила тяжести. Гравитация Земли толкает нас к земле с ускорение 9,8 метра в секунду в квадрате. Обе силы, взаимодействующие с мячом, имеют разную скорость, ускорение и направление. Следовательно, механическая энергия является результатом обеих энергий.
Единицей измерения механической энергии согласно Международной системе является джоуль.
Формула
Для физиков расчет механической энергии выражается в сумме кинетической энергии и гравитационного потенциала. Это выражается формулой:
Эм = Ес + Ер
Где Em - механическая энергия, Ec - кинетическая, а Ep - потенциальная. Мы видели формулу кинетической энергии в другом посте. Когда мы говорим о гравитационной потенциальной энергии, мы говорим о результате умножения массы на высоту и силу тяжести. Умножение этих единиц показывает нам потенциальную энергию объекта.
Принцип сохранения энергии
Учителя всегда снова и снова настаивали на том, что энергия не создается и не уничтожается, а трансформируется. Это подводит нас к принципу сохранения энергии.
Когда механическая энергия исходит из изолированной системы (в которой нет трения), основанной на консервативных силах (которые сохраняют механическую энергию системы) его результат останется постоянным. В другой ситуации энергия тела будет постоянной до тех пор, пока изменение происходит только в режиме энергии, а не в ее величине. То есть если энергия трансформируется из кинетической в потенциальную или в механическую.
Например, если мы бросим мяч вертикально, он будет обладать всей кинетической и потенциальной энергией в момент всплытия. Однако когда он достигает своей высшей точки, будучи остановленным без смещения, он будет иметь только потенциальную энергию гравитации. В этом случае энергия сохраняется, но в потенциальном режиме.
Этот вывод можно математически выразить уравнением:
Em = Ec + Ep = постоянная
Примеры упражнений
Чтобы предложить вам лучшее обучение этому типу энергии, мы приведем несколько примеров упражнений и будем решать их шаг за шагом. В этих вопросах мы будем задействовать различные типы энергии, которые мы видели до сих пор.
- Отметьте неправильный вариант:
- а) Кинетическая энергия - это энергия, которой обладает тело, потому что оно находится в движении.
- б) Можно сказать, что гравитационная потенциальная энергия - это энергия, которой обладает тело, потому что оно находится на определенной высоте над земной поверхностью.
- в) Общая механическая энергия тела обычна, даже если это трение.
- г) Полная энергия Вселенной постоянна и может преобразовываться из одной формы в другую; однако его нельзя создать или уничтожить.
- д) Когда тело обладает кинетической энергией, оно способно выполнять работу.
В этом случае неправильный вариант - последний. Работа не выполняется объектом, имеющим кинетическую энергиюНо тело, которое дало вам эту энергию. Вернемся к примеру с мячом. Подбрасывая его в воздух, мы делаем работу, чтобы дать ему кинетическую энергию для движения.
- Допустим, автобус с массой m едет по горной дороге и спускается на высоту h. Водитель автобуса не отпускает тормоза, чтобы не сбиться с холма. Это поддерживает постоянную скорость автобуса, даже когда автобус спускается. Учитывая эти условия, укажите, истинно это или ложно:
- Вариация кинетической энергии автомобиля равна нулю.
- Механическая энергия системы автобус-Земля сохраняется, поскольку скорость автобуса постоянна.
- Полная энергия системы автобус-Земля сохраняется, хотя часть механической энергии преобразуется во внутреннюю энергию.
Ответ на это упражнение - V, F, V. То есть верен первый вариант. Если мы перейдем к формуле для кинетической энергии, мы увидим, что если скорость постоянна, кинетическая энергия остается постоянной. Механическая энергия не сохраняется, поскольку гравитационный потенциал продолжает изменяться при спуске с высоты. Последнее верно, поскольку внутренняя энергия транспортного средства растет, чтобы тело могло двигаться.
Я надеюсь, что с этими примерами вы сможете лучше узнать о механической энергии и сдать физические экзамены, которые так дорого обходятся многим людям 😛