Mehanska energija in njene vrste

Namen tega članka je razkriti bistvo koncepta "mehanske energije". Fizika ta koncept uporablja tako praktično kot teoretično.

Delo in energija

Mehansko delo je mogoče ugotoviti, če je znana sila, ki deluje na telo in gibanje telesa. Obstaja še en način za izračun mehanskega dela. Razmislite na primer:

Slika prikazuje telo, ki je lahko v različnih mehanskih stanjih (I in II). Proces prehoda telesa iz stanja I v stanje II je značilen z mehanskim delom, to pomeni, da lahko telo pri prehodu iz stanja I v stanje II opravlja delo. Pri opravljanju dela se spreminja mehansko stanje telesa, mehansko stanje pa lahko označimo z eno fizikalno količino - energijo.

Energija je skalarna fizikalna količina vseh oblik gibanja snovi in ​​variant njihove interakcije.

Kaj je mehanska energija

Mehanska energija je skalarna fizična količina, ki določa sposobnost telesa za opravljanje dela.

A = .Е

Ker je energija značilnost stanja sistema v določenem trenutku, je delo značilnost procesa spreminjanja stanja sistema.

Energija in delo imajo enake enote: [A] = [E] = 1 J.

Vrste mehanske energije

Mehanska prosta energija je razdeljena na dve vrsti: kinetično in potencialno.

Kinetična energija je mehanska energija telesa, ki jo določa hitrost njenega gibanja.

E _k = 1 / 2mv ²

Kinetična energija je neločljivo povezana z gibajočimi se telesi. Ko se ustavijo, opravljajo mehansko delo.

V različnih referenčnih sistemih so lahko hitrosti istega telesa na poljubni točki časa različne. Zato je kinetična energija relativna vrednost, ki jo določa izbrani referenčni sistem.

Če sila deluje na telo med gibanjem (ali več sil hkrati), se kinetična energija telesa spremeni: telo pospeši ali ustavi. Hkrati bo delo sile ali delo rezultanta vseh sil, ki se nanašajo na telo, enako razliki kinetičnih energij:

A = E _k1 - E _{k 2} = ΔE _k

Ta trditev in formula je dobila ime - izrek o kinetični energiji .

Potencialna energija se imenuje energija zaradi interakcije med telesi.

Ko telo mase m padne z višine h, privlačna sila opravi delo. Ker sta delo in energija povezana z enačbo, lahko napišemo formulo za potencialno energijo telesa na polju težnost :

E _p = mgh

V nasprotju s kinetično energijo E _{k ima lahko} potencial E _p negativno vrednost pri h <0 (na primer telo, ki leži na dnu vodnjaka).

Druga vrsta mehanske potencialne energije je deformacijska energija. Vzmet, stisnjena na razdalji x s togostjo k, ima potencialno energijo (deformacijsko energijo):

E _p = 1/2 kx ²

Energijska deformacija je našla široko uporabo v praksi (igrače), v tehniki - strojih, relejih in drugih.

E = E _p + E _k

Celotna mehanska energija telesa se imenuje vsota energij: kinetična in potencialna.

Zakon ohranjanja mehanske energije

Eden najbolj natančnih poskusov, ki so jih angleški fizik Joule in nemški fizik Mayer izvedli sredi 19. stoletja, je pokazal, da količina energije v zaprtih sistemih ostaja nespremenjena. Premika se samo iz enega telesa v drugega. Te študije so pomagale odkriti zakon o ohranjanju energije :

Celotna mehanska energija izoliranega sistema telesa ostaja konstantna za vse interakcije telesa med seboj.

Za razliko od impulza, ki nima enakovredne oblike, ima energija številne oblike: mehansko, toplotno, energijo molekularnega gibanja, električno energijo s silami interakcije nabojev in druge. Ena oblika energije se lahko prenese na drugo, npr. Toplotna kinetična energija se prenese v procesu zaviranja avtomobila. Če sile trenja ne, in toplota ne nastane, potem se celotna mehanska energija ne izgubi, ampak ostane konstantna med gibanjem ali medsebojnim delovanjem teles:

E = E _p + E _k = konst

Ko je sila trenja med telesi, potem pride do zmanjšanja mehanske energije, vendar se v tem primeru ne izgubi brez sledu in gre v toploto (notranja). Če zunanja sila opravi delo na zaprtem sistemu, potem pride do povečanja mehanske energije za količino dela, ki ga opravi ta sila. Če zaprti sistem opravlja dela na zunanjih telesih, se mehanska energija sistema zmanjša za količino opravljenega dela.
Vsaka vrsta energije se lahko popolnoma spremeni v katerokoli drugo energijo.