Mehanička energija i njezini tipovi

Svrha ovog članka je otkriti suštinu pojma "mehanička energija". Fizika koristi ovaj koncept i praktično i teoretski.

Rad i energija

Mehanički rad se može odrediti ako je poznata sila koja djeluje na tijelo i kretanje tijela. Postoji još jedan način izračunavanja mehaničkog rada. Razmotrite primjer:

Slika prikazuje tijelo koje može biti u različitim mehaničkim stanjima (I i II). Proces prijelaza tijela iz stanja I u stanje II karakteriziran je mehaničkim radom, to jest, kada se kreće od stanja I do stanja II, tijelo može obavljati posao. U izvođenju rada mijenja se mehaničko stanje tijela, a mehaničko stanje može se karakterizirati jednom fizičkom količinom - energijom.

Energija je skalarna fizikalna veličina svih oblika kretanja materije i varijanti njihove interakcije.

Što je mehanička energija

Mehanička energija je skalarna fizička veličina koja određuje sposobnost tijela da obavlja posao.

A = .E

Budući da je energija karakteristika stanja sustava u određenom trenutku, rad je karakteristika procesa promjene stanja sustava.

Energija i rad imaju iste jedinice: [A] = [E] = 1 J.

Vrste mehaničke energije

Mehanička slobodna energija podijeljena je u dva tipa: kinetički i potencijalni.

Kinetička energija je mehanička energija tijela, koju određuje brzina njezina kretanja.

E _k = 1 / 2mv ²

Kinetička energija je svojstvena pokretnim tijelima. Zaustavljaju se mehaničkim radom.

U različitim referentnim sustavima, brzine istog tijela u proizvoljnom vremenu mogu biti različite. Stoga je kinetička energija relativna vrijednost, ona se određuje izborom referentnog sustava.

Ako sila djeluje na tijelo za vrijeme kretanja (ili nekoliko sila istovremeno), kinetička energija tijela se mijenja: tijelo ubrzava ili zaustavlja. Istovremeno, rad sile ili rad rezultanta svih sila koje se primjenjuju na tijelo bit će jednak razlici kinetičkih energija:

A = E _k1 - E _{k 2} = ΔE _k

Ovoj tvrdnji i formuli dano je ime - teorem kinetičke energije .

Potencijalna energija naziva se energija zbog interakcije između tijela.

Kada tijelo mase m padne s visine h, snaga privlačenja obavlja posao. Budući da se rad i promjena energije odnose na jednadžbu, može se napisati formula za potencijalnu energiju tijela u polju gravitacija :

E _p = mgh

Za razliku od kinetičke energije E _k, potencijal E _p može imati negativnu vrijednost kada je h <0 (na primjer tijelo koje leži na dnu bušotine).

Druga vrsta mehaničke potencijalne energije je energija deformacije. Opruga komprimirana na udaljenosti x sa krutošću k ima potencijalnu energiju (energiju deformacije):

E _p = 1/2 kx ²

Deformacija energije našla je široku primjenu u praksi (igračke), u tehnici - strojevima, relejima i drugima.

E = E _p + E _k

Ukupna mehanička energija tijela naziva se zbroj energija: kinetičkih i potencijalnih.

Zakon očuvanja mehaničke energije

Jedan od najpreciznijih eksperimenata koje su engleski fizičar Joule i njemački fizičar Mayer proveli sredinom 19. stoljeća pokazali su da količina energije u zatvorenim sustavima ostaje nepromijenjena. Ona se kreće samo iz jednog tijela u drugo. Ova su istraživanja pomogla otkriti zakon o očuvanju energije :

Ukupna mehanička energija izoliranog sustava tijela ostaje konstantna za sve interakcije tijela među sobom.

Za razliku od impulsa, koji nema ekvivalentnu formu, energija ima mnoge oblike: mehanička, toplinska, energija molekularnog gibanja, električna energija sa silama interakcije naboja i druge. Jedan oblik energije može se prenijeti na drugi, na primjer, toplinska kinetička energija se prenosi u procesu kočenja automobila. ako sile trenja ne, i toplina se ne generira, tada se ukupna mehanička energija ne gubi, već ostaje konstantna tijekom kretanja ili interakcije tijela:

E = E _p + E _k = konst

Kada je sila trenja između tijela, onda dolazi do smanjenja mehaničke energije, međutim, u ovom slučaju, ona se ne gubi bez traga i prelazi u toplinu (unutarnju). Ako vanjska sila obavlja rad na zatvorenom sustavu, tada dolazi do povećanja mehaničke energije za količinu rada koju ova sila obavlja. Ako zatvoreni sustav obavlja radove na vanjskim tijelima, tada je mehanička energija sustava smanjena za količinu posla koji je obavio.
Svaka vrsta energije može se u potpunosti pretvoriti u bilo koju drugu vrstu energije.