У попередніх статтях ми ретельно аналізували кінетична енергія і все, що з цим пов’язано. У цьому випадку ми продовжуємо навчання та продовжуємо навчання механічна енергія. Цей вид енергії — це енергія, що виробляється в результаті роботи тіла і може передаватися між іншими тілами. Механічна енергія — це сума кінетичної енергії (руху) з пружною та/або гравітаційною потенціальною енергією, яка утворюється в результаті взаємодії тіл залежно від їх положення.
У цій статті ми пояснимо, як працює механічна енергія, як її обчислити, а також наведемо деякі приклади та застосування. Якщо ви хочете зрозуміти цю концепцію чітко та просто, продовжуйте читати.
Пояснення механічної енергії
Розглянемо приклад, щоб пояснити механічну енергію. Уявіть, що ми кидаємо м'яч з певної висоти. Під час кидка м'яч має Кінетична енергія за рахунок свого руху, перебуваючи в повітрі також набуває гравітаційна потенційна енергія завдяки своєму положенню відносно землі. Коли він піднімається, потенціальна енергія збільшується, а коли він опускається, ця потенціальна енергія перетворюється на кінетичну.
Рука, яка штовхає м’яч, працює над ним, передаючи йому кінетичну енергію. Якщо знехтувати тертям об повітря, кулька збереже свою повну механічну енергію, яка є сумою кінетичної та потенціальної енергії. Насправді, механічна енергія системи може залишатися постійною, якщо немає сил опору, таких як тертя.
Важливо пам'ятати, що сила тяжіння Це постійна сила (9,8 м/с² на Землі) і завжди діє на об’єкти. Таким чином, розрахована механічна енергія буде результатом взаємодії між швидкістю, масою та висотою тіла. Одиницею вимірювання механічної енергії є Липень (J), згідно з Міжнародною системою одиниць.
Формула механічної енергії
Механічна енергія (Em) є сумою кінетична енергія (Ec) і потенціальна енергія (Ep). Математично це можна виразити таким чином:
Em = Ec + Ep
Для обчислення Кінетична енергія (Ec), використовуємо формулу:
- Ec = 1/2 мв²
де m — маса тіла і v це швидкість.
Що стосується гравітаційна потенційна енергія (Ep), формула така:
- Ep = mgh
де m це маса, g це прискорення, викликане силою тяжіння і h висота.
Таким чином, якщо ви знаєте масу об’єкта, його швидкість і висоту, з якої він запускається, ви можете обчислити його механічну енергію.
Принцип збереження механічної енергії
Фундаментальним принципом у фізиці є той, який стверджує, що Енергія не створюється і не знищується, а перетворюється. Це відомо як принцип збереження енергії. У випадку механічної енергії цей принцип справедливий, якщо система ізольована, тобто якщо немає неконсервативних сил, таких як тертя.
Якщо підкинути м’яч у повітря, то в найвищій точці його кінетична енергія буде дорівнювати нулю, а потенціальна гравітаційна енергія буде максимальною. Під час опускання потенціальна енергія перетворюється на кінетичну. Протягом цього процесу повна механічна енергія системи залишається постійною.
Математичне рівняння, яке описує цей принцип, таке:
Em = Ec + Ep = постійна
У реальних системах наявність сил тертя та інших неконсервативних сил змінює це рівняння, спричиняючи розсіювання частини енергії у вигляді тепла чи інших видів. Незважаючи на це, цей принцип залишається корисним для аналізу багатьох фізичних систем.
Приклади вправ
Давайте розглянемо деякі вправи, щоб проілюструвати, як застосовувати концепції, описані вище:
-
- Виберіть неправильний варіант:
- а) Кінетична енергія – це енергія, яку отримує тіло від руху.
- б) Гравітаційна потенціальна енергія – це енергія, яку має тіло через те, що воно знаходиться на певній висоті.
- в) Повна механічна енергія тіла залишається сталою навіть за наявності тертя.
- г) Енергія Всесвіту постійна і лише перетворюється.
- д) Коли тіло має кінетичну енергію, воно може виконувати роботу.
- Виберіть неправильний варіант:
Неправильний варіант (С). Механічна енергія не зберігається за наявності тертя, оскільки частина її розсіюється у вигляді тепла.
- Автобус з тістом m спускається зі схилу з постійною швидкістю. Водій тисне на гальма, обмежуючи швидкість автобуса, навіть якщо він спускається з висоти h. Дайте відповідь, вірними чи хибними є наступні твердження:
- Зміна кінетичної енергії автобуса дорівнює нулю.
- Механічна енергія системи шина-земля зберігається.
- Загальна енергія системи шина-Земля зберігається, хоча частина перетворюється на внутрішню енергію.
У цьому випадку правильна відповідь V, F, V. Кінетична енергія не змінюється, оскільки швидкість постійна; Проте механічна енергія не зберігається через збільшення внутрішньої енергії системи, спричинене тертям.
Ці приклади ілюструють важливість розуміння того, як сили та енергія взаємодіють у різних контекстах. Механічна енергія є ключовою в багатьох повсякденних додатках, від переміщення транспортного засобу до стрибків з батута.
Правильне розуміння механічної енергії корисно не тільки для складання іспитів, але й для розуміння явищ навколишнього світу.