אנו מסבירים מהי אנרגיה מכנית וכיצד ניתן לסווג אותה. כמו כן, דוגמאות ואנרגיה מכנית פוטנציאלית וקינטית.
מהי אנרגיה מכנית?
אנרגיה מכנית היא סכום האנרגיה הקינטית והאנרגיה הפוטנציאלית של גוף או מערכת. אנרגיה קינטית היא האנרגיה שיש לגופים תְנוּעָה, שכן זה תלוי במהירויות שלהם ובמסות שלהם. אנרגיה פוטנציאלית, לעומת זאת, קשורה לעבודה של כוחות המכונים שמרנים, כמו כוחות האלסטיים והכבידה, התלויים במסת הגופים ובמיקומם. מִבְנֶה.
ה עקרון שימור האנרגיה קובע שאנרגיה מכנית נשמרת (נשארת קבועה) כל עוד הכוחות הפועלים על הגוף או המערכת שמרניים, כלומר, הם לא גורמים למערכת לאבד אנרגיה. עיקרון זה יכול להיכתב באופן מתמטי באופן הבא:
Emec = Ec + Ep = cte
איפהEc האם האנרגיה קינטית של המערכת ואפ שֶׁלוֹאנרגיה פוטנציאלית, שיכול להיות כבידה, אלסטי, חשמלי וכו'.
קשר זה אינו מתקיים אם המערכת מושפעת מכוחות לא שמרניים. לדוגמה, במקרה של תנועות על משטחים עם חיכוך (כמו רוב המשטחים), האנרגיה הקינטית מתפזרת בצורה של חוֹם. האנרגיה המכנית של מערכת יכולה ללכת לאיבוד גם בצורת חום, למשל במערכות תרמודינמיות שבהן ניתן להמיר אנרגיה מכנית ל תֶרמִי.
אנרגיה מכנית משמשת לעתים קרובות לביצוע עבודה או להמרתה לצורות אחרות של אנרגיה, כגוןאנרגיה הידראולית (כאשר האדם מנצל את האנרגיה הפוטנציאלית של מים נופלים כדי לבצע עבודה). דוגמה נוספת היא כוח רוח אואנרגיית מי ים, שמשתמש באנרגיה הקינטית של הרוח והגאות והשפל כדי להפוך אותם לסוג אחר של אנרגיה שימושית.
סוגי אנרגיה מכנית
אנרגיה מכנית היא סכום האנרגיות הבאות:
- אנרגיה קינטית. זוהי האנרגיה המוחזקת על ידי עצמים או מערכת נעה, ותלויה במהירות שלהם ובמהירות שלהם מסה. לדוגמא: כדור בתנועה.
- אנרגיה פוטנציאלית. זוהי האנרגיה הקשורה למיקום של גוף בתוך שדה כוח שמרני, כגון כבידה, אלסטית, חשמלית וכו'. בתורו, אנרגיה פוטנציאלית יכולה להיות שני סוגים:
- אנגריה פוטנציאלית של כוח המשיכה. זוהי האנרגיה הנובעת מפעולת הכוח משיכה מעל הגופות. לדוגמא: חפץ שנופל מגובה מסוים.
- אנרגיה אלסטית פוטנציאלית. זוהי האנרגיה שיש למערכות המעוותות על ידי א כּוֹחַ. האנרגיה נשארת במערכת עד שהכוח לא מופעל יותר וכך המערכת חוזרת לצורתה המקורית, והופכת את האנרגיה האלסטית לאנרגיה קינטית. לדוגמא: קפיץ שנמתח או מתכווץ באמצעות כוח חיצוני שכאשר אינו מופעל מאפשר לקפיץ לחזור למצבו הרגיל, של שיווי משקל.
דוגמאות לאנרגיה מכנית
כמה דוגמאות אפשריות לאנרגיה מכנית בצורותיה השונות הן הבאות:
- עגלת רכבת הרים. בנקודה הגבוהה ביותר שלה, העגלה תצבור מספיק אנרגיה פוטנציאלית כבידה (בשל הגובה) כדי ליפול בחופשיות שנייה אחת לאחר מכן ולהמיר את כולה לאנרגיה קינטית (עקב תנועה) ולהגיע למהירויות בוערות.
- טחנת רוח. האנרגיה הקינטית של הרוח מספקת דחיפה ללהבי הטחנה שהופכת לעבודה מכנית: הפיכת הציוד שיטחן את הגרגירים נמוך יותר.
- מטוטלת האנרגיה הפוטנציאלית הכבידה של המִשׁקָל הוא מומר לאנרגיה קינטית כדי לגרום לו לנוע לאורך דרכו, תוך שימור האנרגיה המכנית הכוללת.
- קרש קפיצה. הרוחץ הקופץ מקרש צלילה משתמש במשקל שלו (אנרגיה פוטנציאלית כבידה) כדי לעוות את קרש הצלילה כלפי מטה (אנרגיה פוטנציאלית אלסטית) וזה, כאשר הוא חוזר לצורתו, דוחף אותו כלפי מעלה ומגדיל את גובהו (יותר פוטנציאל כבידה) הפועלים בו. הופך לעתים קרובות לאנרגיה קינטית במהלך נפילה חופשית למים.
אנרגיה מכנית קינטית ופוטנציאלית
כפי שכבר נאמר, אנרגיה מכנית כוללת שתי אנרגיות: קינטית ופוטנציאלית.
הראשון ניתן לחישוב על ידי הנוסחה הפשוטה שלEc = ½ מ'. v2 והיחידה שלך של מדידה בְּ- מערכת בינלאומית יהיו הג'ואלים (J).
במקום זאת, אנרגיה פוטנציאלית היא כמות האנרגיה האצורה במערכת עקב התצורה המסוימת שלה או מיקומה ביחס לשדה כוחות (כבידה, אלסטי או אלקטרומגנטי). אנרגיה זו מסוגלת להפוך לצורות אחרות של אנרגיה, כגון הקינטיקה עצמה.