Energia mechaniczna i jej rodzaje

Celem tego artykułu jest ujawnienie istoty pojęcia "energii mechanicznej". Fizyka szeroko wykorzystuje tę koncepcję zarówno praktycznie, jak i teoretycznie.

Praca i energia

Praca mechaniczna może być określona, ​​jeśli znana jest siła działająca na ciało i ruch ciała. Istnieje inny sposób obliczania pracy mechanicznej. Rozważ przykład:

Rysunek pokazuje ciało, które może znajdować się w różnych stanach mechanicznych (I i II). Proces przejścia ciała od stanu I do stanu II charakteryzuje się pracą mechaniczną, to znaczy przechodząc od stanu I do stanu II, ciało może wykonywać pracę. Przy wykonywaniu pracy zmienia się stan mechaniczny ciała, a stan mechaniczny można scharakteryzować za pomocą jednej wielkości fizycznej - energii.

Energia jest skalarną fizyczną wielkością wszystkich form ruchu materii i wariantów ich interakcji.

Jaka jest energia mechaniczna

Energia mechaniczna jest skalarną wielkością fizyczną, która determinuje zdolność organizmu do wykonywania pracy.

A = ЕЕ

Ponieważ energia jest cechą stanu systemu w pewnym momencie, praca jest cechą procesu zmiany stanu systemu.

Energia i praca mają te same jednostki: [A] = [E] = 1 J.

Rodzaje energii mechanicznej

Mechaniczna energia swobodna dzieli się na dwa rodzaje: kinetyczną i potencjalną.

Energia kinetyczna jest energią mechaniczną ciała, która jest określona przez prędkość jej ruchu.

Е _k = 1 / 2mv ²

Energia kinetyczna jest nieodłączna dla poruszających się ciał. Zatrzymują się, wykonują pracę mechaniczną.

W różnych systemach odniesienia prędkości tego samego ciała w dowolnym punkcie czasowym mogą być różne. Dlatego energia kinetyczna jest wartością względną, określaną przez wybór układu odniesienia.

Jeśli siła działa na ciało podczas ruchu (lub kilku sił jednocześnie), zmienia się energia kinetyczna ciała: ciało przyspiesza lub zatrzymuje się. Jednocześnie praca siły lub pracy wypadkowej wszystkich sił, które są przyłożone do ciała, będzie równa różnicy energii kinetycznych:

A = E _k1 - E _{k 2} = ΔЕ _k

To stwierdzenie i formuła otrzymały nazwę - twierdzenie o energii kinetycznej .

Energia potencjalna nazywana jest energią dzięki interakcji między ciałami.

Kiedy ciało o masie m spada z wysokości h, siła przyciągania wykonuje pracę. Ponieważ praca i zmiana energii są powiązane przez równanie, można napisać formułę dla potencjalnej energii ciała w polu grawitacja :

E _p = mgh

W przeciwieństwie do energii kinetycznej _Ek, potencjał E _p może mieć wartość ujemną, gdy h <0 (na przykład ciało leżące na dnie studni).

Innym rodzajem mechanicznej energii potencjalnej jest energia odkształcenia. Sprężyna ściśnięta na odległość x ze sztywnością k ma energię potencjalną (napięcie odkształcenia):

E _p = 1/2 kx ²

Odkształcanie energii znalazło szerokie zastosowanie w praktyce (zabawki), w technice - maszyny, przekaźniki i inne.

E = E _p + E _k

Całkowita energia mechaniczna ciała nazywana jest sumą energii: kinetyczną i potencjalną.

Prawo zachowania energii mechanicznej

Jeden z najdokładniejszych eksperymentów, jakie angielski fizyk Joule i niemiecki fizyk Mayer przeprowadzili w połowie XIX wieku, wykazał, że ilość energii w zamkniętych systemach pozostaje niezmieniona. Porusza się tylko z jednego ciała do drugiego. Badania te pomogły odkryć prawo zachowania energii :

Całkowita energia mechaniczna izolowanego układu ciał pozostaje stała dla wszystkich interakcje ciała między sobą.

W przeciwieństwie do impulsu, który nie ma równoważnej postaci, energia ma wiele postaci: mechaniczną, cieplną, energię ruchu cząsteczkowego, energię elektryczną z siłami oddziaływania ładunków i innych. Jedna forma energii może przenieść się na inną, na przykład energia kinetyczna energii cieplnej jest przekazywana w procesie hamowania samochodu. Jeśli siły tarcia nie, a ciepło nie jest generowane, wtedy całkowita energia mechaniczna nie jest tracona, ale pozostaje stała podczas ruchu lub interakcji ciał:

E = E _p + E _k = const

Kiedy siła tarcia między ciałami, wówczas następuje spadek energii mechanicznej, jednak w tym przypadku nie jest ona tracona bez śladu i przechodzi w ciepło (wewnętrzne). Jeśli zewnętrzna siła wykonuje pracę na zamkniętym systemie, wtedy wzrasta energia mechaniczna o ilość pracy wykonanej przez tę siłę. Jeśli zamknięty system wykonuje pracę na zewnętrznych ciałach, wówczas energia mechaniczna systemu jest zmniejszona o ilość wykonanej pracy.
Każdy rodzaj energii może całkowicie zmienić się w jakąkolwiek inną energię.