I tidigare artiklar analyserade vi noggrant rörelseenergi och allt relaterat till det. I det här fallet fortsätter vi med träningen och fortsätter att studera mekanisk energi. Denna typ av energi är det som produceras av en kropps arbete och kan överföras mellan andra kroppar. Mekanisk energi är summan av kinetisk energi (rörelse) med elastisk och/eller gravitationell potentiell energi, genererad av kroppars samverkan beroende på deras position.
I den här artikeln kommer vi att förklara hur mekanisk energi fungerar, hur man beräknar den och några exempel och tillämpningar. Om du vill förstå detta koncept tydligt och enkelt, fortsätt att läsa.
Förklaring av mekanisk energi
Låt oss ta ett exempel för att förklara mekanisk energi. Föreställ dig att vi kastar en boll från en viss höjd. Under kastet har bollen Rörelseenergi på grund av sin rörelse, samtidigt som den är i luften förvärvar den också potentiell gravitationsenergi på grund av dess läge i förhållande till marken. När den stiger ökar den potentiella energin, och när den faller omvandlas den potentiella energin till kinetisk energi.
Armen som driver bollen fungerar på den och överför kinetisk energi till den. Om vi försummar friktionen med luften kommer bollen att bevara sin totala mekaniska energi, vilket är summan av den kinetiska och potentiella energin. Faktum är att den mekaniska energin i ett system kan förbli konstant när det inte finns några motståndskrafter som friktion.
Det är viktigt att komma ihåg att allvar Det är en konstant kraft (9,8 m/s² på jorden) och verkar alltid på föremål. Således kommer den beräknade mekaniska energin att vara resultatet av samspelet mellan hastighet, massa och höjd hos en kropp. Måttenheten för mekanisk energi är juli (J), enligt International System of Units.
Mekanisk energiformel
Den mekaniska energin (Em) är summan av kinetisk energi (Ec) och potentiell energi (Ep). Matematiskt kan det uttryckas på följande sätt:
Em = Ec + Ep
För att beräkna Rörelseenergi (Ec), använder vi formeln:
- Ec = 1/2 mv²
där m är kroppens massa och v är hastigheten.
Eftersom potentiell gravitationsenergi (Ep), formeln är:
- Ep = mgh
där m är massan, g är den acceleration som orsakas av gravitationen och h höjden.
På detta sätt, om du känner till föremålets massa, dess hastighet och höjden från vilken det lanseras, kan du beräkna dess mekaniska energi.
Principen för bevarande av mekanisk energi
En grundläggande princip i fysiken är den som säger det Energi varken skapas eller förstörs, utan omvandlas. Detta är känt som princip för bevarande av energi. När det gäller mekanisk energi är denna princip giltig om systemet är isolerat, det vill säga om det inte finns några icke-konservativa krafter såsom friktion.
Om vi kastar en boll i luften kommer dess rörelseenergi vid dess högsta punkt att vara noll, men dess gravitationella potentiella energi kommer att vara maximal. När den sjunker omvandlas potentiell energi till kinetisk energi. Under hela denna process förblir systemets totala mekaniska energi konstant.
Den matematiska ekvationen som beskriver denna princip är följande:
Em = Ec + Ep = konstant
I verkliga system förändrar närvaron av friktion och andra icke-konservativa krafter denna ekvation, vilket gör att en del av energin försvinner som värme eller andra typer. Trots detta förblir denna princip användbar för analys av många fysiska system.
Exempel på övningar
Låt oss titta på några övningar för att illustrera hur man tillämpar begreppen som beskrivs ovan:
- Välj fel alternativ:
- a) Kinetisk energi är den energi som en kropp har från att vara i rörelse.
- b) Gravitationspotentialenergi är den energi som en kropp har eftersom den är belägen på en viss höjd.
- c) En kropps totala mekaniska energi förblir konstant även i närvaro av friktion.
- d) Universums energi är konstant och omvandlas bara.
- e) När en kropp har kinetisk energi kan den utföra arbete.
Fel alternativ är (C). Mekanisk energi bevaras inte i närvaro av friktion, eftersom en del av den försvinner som värme.
- Förändringen i bussens kinetiska energi är noll.
- Bus-Ground-systemets mekaniska energi bevaras.
- Buss-jordsystemets totala energi bevaras, även om en del omvandlas till intern energi.
I det här fallet är det rätta svaret V, F, V. Den kinetiska energin varierar inte eftersom hastigheten är konstant; Mekanisk energi bevaras dock inte på grund av ökningen av den inre energin i systemet orsakad av friktion.
Dessa exempel illustrerar vikten av att förstå hur krafter och energi samverkar i olika sammanhang. Mekanisk energi är nyckeln i många vardagliga tillämpningar, från att flytta ett fordon till att hoppa av en studsmatta.
Den korrekta förståelsen av mekanisk energi är inte bara användbar för att klara prov, utan också för att förstå fenomenen i världen omkring oss.