Iepriekšējos rakstos mēs rūpīgi analizējām kinētiskā enerģija un viss, kas ar to saistīts. Šajā gadījumā mēs turpinām mācības un turpinām mācīties mehāniskā enerģija. Šāda veida enerģija tiek ražota ķermeņa darbā un var tikt pārnesta starp citiem ķermeņiem. Mehāniskā enerģija ir kinētiskās enerģijas (kustības) summa ar elastīgo un/vai gravitācijas potenciālo enerģiju, ko rada ķermeņu mijiedarbība atkarībā no to stāvokļa.
Šajā rakstā mēs izskaidrosim, kā darbojas mehāniskā enerģija, kā to aprēķināt, kā arī dažus piemērus un lietojumus. Ja vēlaties skaidri un vienkārši saprast šo jēdzienu, turpiniet lasīt.
Mehāniskās enerģijas skaidrojums
Ņemsim piemēru, lai izskaidrotu mehānisko enerģiju. Iedomājieties, ka mēs metam bumbu no noteikta augstuma. Metiena laikā bumba ir Kinētiskā enerģija tās kustības dēļ, atrodoties gaisā, arī iegūst gravitācijas potenciālā enerģija tās novietojuma dēļ attiecībā pret zemi. Paceļoties, potenciālā enerģija palielinās, un, tai krītot, šī potenciālā enerģija tiek pārvērsta kinētiskā enerģijā.
Roka, kas virza bumbu, strādā uz tās, nododot tai kinētisko enerģiju. Ja mēs neņemsim vērā berzi ar gaisu, bumba saglabās savu kopējo mehānisko enerģiju, kas ir kinētiskās un potenciālās enerģijas summa. Faktiski sistēmas mehāniskā enerģija var palikt nemainīga, ja nav pretestības spēku, piemēram, berzes.
Ir svarīgi atcerēties, ka nopietnība Tas ir nemainīgs spēks (9,8 m/s² uz Zemes) un vienmēr iedarbojas uz objektiem. Tādējādi aprēķinātā mehāniskā enerģija būs ķermeņa ātruma, masas un augstuma mijiedarbības rezultāts. Mehāniskās enerģijas mērvienība ir jūlijs (J), saskaņā ar Starptautisko mērvienību sistēmu.
Mehāniskās enerģijas formula
Mehāniskā enerģija (Em) ir summa kinētiskā enerģija (EC) un potenciālā enerģija (Ep). Matemātiski to var izteikt šādi:
Em = Ec + Ep
Lai aprēķinātu Kinētiskā enerģija (Ec), mēs izmantojam formulu:
- Ec = 1/2 mv²
kur m ir ķermeņa masa un v ir ātrums.
Kā gravitācijas potenciālā enerģija (Ep), formula ir:
- Ep = mgh
kur m ir masa, g ir gravitācijas radītais paātrinājums un h augstums.
Tādā veidā, ja zināt objekta masu, ātrumu un augstumu, no kura tas tiek palaists, varat aprēķināt tā mehānisko enerģiju.
Principio de Conservación de la Energy Mecánica
Fizikas pamatprincips ir tas, kas to nosaka Enerģija netiek ne radīta, ne iznīcināta, bet gan pārveidota. Tas ir pazīstams kā enerģijas saglabāšanas princips. Mehāniskās enerģijas gadījumā šis princips ir spēkā, ja sistēma ir izolēta, tas ir, ja nav nekonservatīvu spēku, piemēram, berzes.
Ja mēs metīsim bumbu gaisā, tās augstākajā punktā tās kinētiskā enerģija būs nulle, bet gravitācijas potenciālā enerģija būs maksimāla. Tai nolaižoties, potenciālā enerģija tiek pārveidota kinētiskā enerģijā. Visā šī procesa laikā sistēmas kopējā mehāniskā enerģija paliek nemainīga.
Matemātiskais vienādojums, kas apraksta šo principu, ir šāds:
Em = Ec + Ep = nemainīgs
Reālās sistēmās berzes un citu nekonservatīvu spēku klātbūtne maina šo vienādojumu, izraisot daļu enerģijas izkliedēšanas siltuma vai cita veida veidā. Tomēr šis princips joprojām ir noderīgs daudzu fizisko sistēmu analīzei.
Vingrinājumu piemēri
Apskatīsim dažus vingrinājumus, lai ilustrētu, kā piemērot iepriekš aprakstītos jēdzienus:
-
- Izvēlieties nepareizu opciju:
- a) Kinētiskā enerģija ir enerģija, kas ķermenim ir kustībā.
- b) Gravitācijas potenciālā enerģija ir enerģija, kas piemīt ķermenim, jo tas atrodas noteiktā augstumā.
- c) Ķermeņa kopējā mehāniskā enerģija paliek nemainīga pat berzes klātbūtnē.
- d) Visuma enerģija ir nemainīga un tikai transformējas.
- e) Ja ķermenim ir kinētiskā enerģija, tas var strādāt.
- Izvēlieties nepareizu opciju:
Nepareizs variants ir (C). Berzes klātbūtnē mehāniskā enerģija netiek saglabāta, jo daļa no tās tiek izkliedēta siltuma veidā.
- Autobuss ar mīklu m nolaižas pa nogāzi ar nemainīgu ātrumu. Šoferis nospiež bremzes, ierobežojot autobusa ātrumu pat tad, ja tas nolaižas no augstuma h. Atbildiet, vai šādi apgalvojumi ir patiesi vai nepatiesi:
- Autobusa kinētiskās enerģijas izmaiņas ir nulle.
- Kopnes-zemes sistēmas mehāniskā enerģija tiek saglabāta.
- Kopnes-Zemes sistēmas kopējā enerģija tiek saglabāta, lai gan daļa tiek pārveidota iekšējā enerģijā.
Šajā gadījumā pareizā atbilde ir V, F, V. Kinētiskā enerģija nemainās, jo ātrums ir nemainīgs; Tomēr mehāniskā enerģija netiek saglabāta, jo palielinās sistēmas iekšējā enerģija berzes dēļ.
Šie piemēri ilustrē, cik svarīgi ir saprast, kā spēki un enerģija mijiedarbojas dažādos kontekstos. Mehāniskā enerģija ir svarīga daudzos ikdienas lietojumos, sākot no transportlīdzekļa pārvietošanas līdz lēkšanai no batuta.
Pareiza izpratne par mehānisko enerģiju noder ne tikai eksāmenu nokārtošanai, bet arī apkārtējās pasaules parādību izpratnei.