Energia mechaniczna: jak ją obliczyć, przykłady i kluczowe zastosowania

  • Energia mechaniczna jest sumą energii kinetycznej i potencjalnej.
  • Jest stosowany w różnych kontekstach, od pojazdów po ruch obiektów.
  • Zasada zachowania energii jest kluczowa w układach bez tarcia.

Energia mechaniczna rowerzysty

W poprzednich artykułach dokładnie przeanalizowaliśmy energia kinetyczna i wszystko z tym związane. W takim przypadku kontynuujemy szkolenie i kontynuujemy naukę energia mechaniczna. Ten rodzaj energii powstaje w wyniku pracy ciała i może być przenoszony pomiędzy innymi ciałami. Energia mechaniczna to suma energii kinetycznej (ruchu) z energią potencjalną sprężystości i/lub grawitacji, powstającą w wyniku oddziaływania ciał w zależności od ich położenia.

W tym artykule wyjaśnimy, jak działa energia mechaniczna, jak ją obliczyć oraz kilka przykładów i zastosowań. Jeśli chcesz zrozumieć tę koncepcję jasno i prosto, czytaj dalej.

Wyjaśnienie energii mechanicznej

energia mechaniczna

Weźmy przykład wyjaśniający energię mechaniczną. Wyobraź sobie, że rzucamy piłkę z określonej wysokości. Podczas rzutu piłka ma Energia kinetyczna ze względu na swój ruch, będąc w powietrzu, również nabywa grawitacyjna energia potencjalna ze względu na swoje położenie względem podłoża. Gdy rośnie, energia potencjalna wzrasta, a gdy spada, energia potencjalna jest przekształcana w energię kinetyczną.

Ramię napędzające piłkę działa na nią, przekazując jej energię kinetyczną. Jeśli pominiemy tarcie z powietrzem, piłka zachowa swoją całkowitą energię mechaniczną, która jest sumą energii kinetycznej i potencjalnej. W rzeczywistości energia mechaniczna układu może pozostać stała, gdy nie występują siły oporu, takie jak tarcie.

Ważne jest, aby pamiętać, że powaga Jest to siła stała (9,8 m/s² na Ziemi) i zawsze działa na obiekty. Zatem obliczona energia mechaniczna będzie wynikiem interakcji między prędkością, masą i wysokością ciała. Jednostką miary energii mechanicznej jest lipiec (J)zgodnie z Międzynarodowym Układem Jednostek Miar.

Wzór na energię mechaniczną

rzucanie piłką

Energia mechaniczna (Em) jest sumą energia kinetyczna (Ec) i energia potencjalna (Ep). Matematycznie można to wyrazić w następujący sposób:

Em = EC + Ep

Aby obliczyć Energia kinetyczna (Ec), korzystamy ze wzoru:

  • EC = 1/2 mv²

gdzie m jest masą ciała i v jest prędkość.

W grawitacyjna energia potencjalna (Ep), wzór jest następujący:

  • Ep = mgh

gdzie m jest masą, g jest przyspieszeniem powodowanym przez grawitację i h wysokość.

W ten sposób, znając masę obiektu, jego prędkość i wysokość, z jakiej został wyrzucony, można obliczyć jego energię mechaniczną.

Zasada zachowania energii mechanicznej

energia mechaniczna motocykla

Podstawowa zasada fizyki to ta, która to stwierdza Energia nie jest ani tworzona, ani niszczona, ale przekształcana. Jest to znane jako zasada zachowania energii. W przypadku energii mechanicznej zasada ta obowiązuje, jeśli układ jest izolowany, to znaczy, jeśli nie występują w nim siły niezachowawcze, takie jak tarcie.

Jeśli wyrzucimy piłkę w powietrze, w najwyższym punkcie jej energia kinetyczna będzie wynosić zero, ale jej energia potencjalna grawitacyjna będzie maksymalna. Podczas opadania energia potencjalna zamienia się w energię kinetyczną. W całym procesie całkowita energia mechaniczna układu pozostaje stała.

Równanie matematyczne opisujące tę zasadę jest następujące:

Em = Ec + Ep = stała

W rzeczywistych układach obecność tarcia i innych sił niezachowawczych zmienia to równanie, powodując rozproszenie części energii w postaci ciepła lub innego rodzaju. Mimo to zasada ta pozostaje użyteczna w analizie wielu układów fizycznych.

Przykłady ćwiczeń

Przyjrzyjmy się kilku ćwiczeniom ilustrującym zastosowanie koncepcji opisanych powyżej:

    1. Wybierz niewłaściwą opcję:
      • a) Energia kinetyczna to energia, jaką posiada ciało będąc w ruchu.
      • b) Energia potencjalna grawitacji to energia, jaką posiada ciało, ponieważ znajduje się ono na określonej wysokości.
      • c) Całkowita energia mechaniczna ciała pozostaje stała nawet przy tarciu.
      • d) Energia wszechświata jest stała i ulega jedynie przekształceniom.
      • e) Ciało posiadające energię kinetyczną może wykonać pracę.

Niewłaściwą opcją jest (C). Energia mechaniczna nie jest zachowywana w obecności tarcia, ponieważ część jej jest rozpraszana w postaci ciepła.

  1. Autobus z ciastem m zjeżdża ze wzniesienia ze stałą prędkością. Kierowca trzyma wciśnięte hamulce, ograniczając prędkość autobusu nawet podczas zjazdu z wysokości h. Odpowiedz, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe czy fałszywe:
  • Zmiana energii kinetycznej autobusu wynosi zero.
  • Energia mechaniczna systemu magistrala-masa jest zachowana.
  • Całkowita energia układu autobus-Ziemia jest zachowywana, chociaż część jest przekształcana w energię wewnętrzną.

W tym przypadku prawidłowa odpowiedź brzmi V, F, V. Energia kinetyczna nie zmienia się, ponieważ prędkość jest stała; Jednakże energia mechaniczna nie jest zachowywana ze względu na wzrost energii wewnętrznej układu spowodowany tarciem.

Przykłady te ilustrują znaczenie zrozumienia interakcji sił i energii w różnych kontekstach. Energia mechaniczna ma kluczowe znaczenie w wielu codziennych zastosowaniach, od poruszania pojazdem po skakanie z trampoliny.

Prawidłowe zrozumienie energii mechanicznej przydaje się nie tylko do zdania egzaminów, ale także do zrozumienia zjawisk otaczającego nas świata.


Zostaw swój komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

*

*

  1. Odpowiedzialny za dane: Miguel Ángel Gatón
  2. Cel danych: kontrola spamu, zarządzanie komentarzami.
  3. Legitymacja: Twoja zgoda
  4. Przekazywanie danych: Dane nie będą przekazywane stronom trzecim, z wyjątkiem obowiązku prawnego.
  5. Przechowywanie danych: baza danych hostowana przez Occentus Networks (UE)
  6. Prawa: w dowolnym momencie możesz ograniczyć, odzyskać i usunąć swoje dane.