В предишни статии подробно анализирахме кинетична енергия и всичко свързано с него. В този случай ние продължаваме с обучението и продължаваме да учим механична енергия. Този тип енергия е това, което се произвежда от работата на едно тяло и може да се прехвърля между други тела. Механичната енергия е сумата от кинетична енергия (движение) с еластична и/или гравитационна потенциална енергия, генерирана от взаимодействието на телата в зависимост от тяхното положение.
В тази статия ще обясним как работи механичната енергия, как да я изчислим и някои примери и приложения. Ако искате да разберете тази концепция ясно и просто, продължете да четете.
Обяснение на механичната енергия
Нека вземем пример, за да обясним механичната енергия. Представете си, че хвърляме топка от определена височина. По време на хвърлянето топката има Кинетична енергия поради движението си, докато е във въздуха също придобива гравитационна потенциална енергия поради позицията си спрямо земята. Докато се издига, потенциалната енергия се увеличава, а когато пада, тази потенциална енергия се превръща в кинетична.
Рамото, което задвижва топката, работи върху нея, като й предава кинетична енергия. Ако пренебрегнем триенето с въздуха, топката ще запази общата си механична енергия, която е сумата от кинетичната и потенциалната енергия. Всъщност механичната енергия на една система може да остане постоянна, когато няма съпротивителни сили като триене.
Важно е да запомните, че земно притегляне Това е постоянна сила (9,8 m/s² на Земята) и винаги действа върху обекти. Така изчислената механична енергия ще бъде резултат от взаимодействието между скоростта, масата и височината на тялото. Единицата за измерване на механичната енергия е юли (J), според Международната система от единици.
Формула за механична енергия
Механичната енергия (Em) е сумата от кинетична енергия (Ec) и потенциална енергия (Ep). Математически може да се изрази по следния начин:
Em = Ec + Ep
За да се изчисли Кинетична енергия (Ec), използваме формулата:
- Ec = 1/2 mv²
Donde m е масата на тялото и v е скоростта.
Тъй като гравитационна потенциална енергия (Ep), формулата е:
- Ep = mgh
Donde m е масата, g е ускорението, причинено от гравитацията и h височината.
По този начин, ако знаете масата на обекта, неговата скорост и височината, от която е изстрелян, можете да изчислите неговата механична енергия.
Principio de conservación de la energía mecánica
Основен принцип във физиката е този, който гласи това Енергията нито се създава, нито се унищожава, а се трансформира. Това е известно като принцип на запазване на енергията. В случай на механична енергия този принцип е валиден, ако системата е изолирана, тоест ако няма неконсервативни сили като триене.
Ако хвърлим топка във въздуха, в най-високата й точка нейната кинетична енергия ще бъде нула, но нейната гравитационна потенциална енергия ще бъде максимална. Докато се спуска, потенциалната енергия се трансформира в кинетична. По време на този процес общата механична енергия на системата остава постоянна.
Математическото уравнение, което описва този принцип, е следното:
Em = Ec + Ep = константа
В реални системи наличието на триене и други неконсервативни сили променя това уравнение, което кара част от енергията да се разсейва като топлина или други видове. Въпреки това този принцип остава полезен за анализа на множество физически системи.
Примери за упражнения
Нека да разгледаме някои упражнения, за да илюстрираме как да приложим концепциите, описани по-горе:
-
- Изберете грешната опция:
- а) Кинетичната енергия е енергията, която тялото има от движение.
- б) Гравитационната потенциална енергия е енергията, която тялото притежава, тъй като се намира на определена височина.
- в) Общата механична енергия на тялото остава постоянна дори при наличие на триене.
- г) Енергията на Вселената е постоянна и само се трансформира.
- д) Когато едно тяло има кинетична енергия, то може да извършва работа.
- Изберете грешната опция:
Грешният вариант е (В). Механичната енергия не се запазва при наличие на триене, тъй като част от нея се разсейва като топлина.
- Автобус с тесто m слиза по наклон с постоянна скорост. Шофьорът държи спирачките натиснати, ограничавайки скоростта на автобуса, дори ако той се спуска от високо h. Отговорете дали следните твърдения са верни или грешни:
- Промяната в кинетичната енергия на автобуса е нула.
- Механичната енергия на системата шина-земя се запазва.
- Общата енергия на системата шина-Земя се запазва, въпреки че част от нея се трансформира във вътрешна енергия.
В този случай верният отговор е V, F, V. Кинетичната енергия не се променя, тъй като скоростта е постоянна; Механичната енергия обаче не се запазва поради увеличаването на вътрешната енергия на системата, причинено от триенето.
Тези примери илюстрират значението на разбирането как силите и енергията си взаимодействат в различни контексти. Механичната енергия е ключова в много ежедневни приложения, от придвижване на превозно средство до скачане от батут.
Правилното разбиране на механичната енергия е полезно не само за полагане на изпити, но и за разбиране на явленията от света около нас.