In eerdere artikelen hebben we grondig geanalyseerd kinetische energie en alles wat ermee te maken heeft. In dit geval gaan we verder met de training en gaan we studeren mechanische energie. Dit soort energie wordt geproduceerd door de werking van een lichaam en kan tussen andere lichamen worden overgedragen. Mechanische energie is de som van kinetische energie (beweging) met elastische en/of potentiële zwaartekrachtenergie, gegenereerd door de interactie van lichamen, afhankelijk van hun positie.
In dit artikel leggen we uit hoe mechanische energie werkt, hoe je deze kunt berekenen en enkele voorbeelden en toepassingen. Als je dit concept duidelijk en eenvoudig wilt begrijpen, blijf dan lezen.
Verklaring van mechanische energie
Laten we een voorbeeld nemen om mechanische energie uit te leggen. Stel je voor dat we een bal vanaf een bepaalde hoogte gooien. Tijdens de worp heeft de bal Kinetische energie door zijn beweging, terwijl hij in de lucht is, verwerft hij ook zwaartekracht potentiële energie vanwege zijn positie ten opzichte van de grond. Naarmate het stijgt, neemt de potentiële energie toe, en naarmate het daalt, wordt die potentiële energie omgezet in kinetische energie.
De arm die de bal voortstuwt, werkt erop en brengt er kinetische energie naar over. Als we de wrijving met de lucht verwaarlozen, behoudt de bal zijn totale mechanische energie, die de som is van de kinetische en potentiële energie. In feite kan de mechanische energie van een systeem constant blijven als er geen weerstandskrachten zoals wrijving zijn.
Het is belangrijk om te onthouden dat de zwaartekracht Het is een constante kracht (9,8 m/s² op aarde) en werkt altijd op objecten. De berekende mechanische energie zal dus het resultaat zijn van de interactie tussen de snelheid, massa en hoogte van een lichaam. De meeteenheid van mechanische energie is Juli (J), volgens het Internationale Systeem van Eenheden.
Mechanische energieformule
De mechanische energie (Em) is de som van de kinetische energie (Ec) en potentiële energie (Ep). Wiskundig gezien kan het op de volgende manier worden uitgedrukt:
Em = Eg + Ep
Om de Kinetische energie (Ec), we gebruiken de formule:
- Ec = 1/2 mv²
waar m is de massa van het lichaam en v is de snelheid.
De zwaartekracht potentiële energie (Ep), de formule is:
- Ep = mgh
waar m is de massa, g is de versnelling veroorzaakt door de zwaartekracht en h de hoogte.
Op deze manier kunt u, als u de massa van het object, de snelheid en de hoogte van de lancering kent, de mechanische energie ervan berekenen.
Principe van behoud van mechanische energie
Een fundamenteel principe in de natuurkunde is het principe dat dat stelt Energie wordt niet gecreëerd of vernietigd, maar getransformeerd. Dit staat bekend als de principe van behoud van energie. In het geval van mechanische energie is dit principe geldig als het systeem geïsoleerd is, dat wil zeggen als er geen niet-conservatieve krachten zoals wrijving zijn.
Als we een bal in de lucht gooien, zal de kinetische energie op het hoogste punt nul zijn, maar de potentiële zwaartekrachtenergie zal maximaal zijn. Terwijl het afdaalt, wordt potentiële energie omgezet in kinetische energie. Gedurende dit proces blijft de totale mechanische energie van het systeem constant.
De wiskundige vergelijking die dit principe beschrijft is de volgende:
Em = Ec + Ep = constant
In echte systemen verandert de aanwezigheid van wrijving en andere niet-conservatieve krachten deze vergelijking, waardoor een deel van de energie wordt gedissipeerd als warmte of op een andere manier. Toch blijft dit principe nuttig voor de analyse van talrijke fysieke systemen.
Voorbeelden van oefeningen
Laten we eens kijken naar enkele oefeningen om te illustreren hoe u de hierboven beschreven concepten kunt toepassen:
-
- Selecteer de verkeerde optie:
- a) Kinetische energie is de energie die een lichaam krijgt door in beweging te zijn.
- b) Potentiële zwaartekrachtenergie is de energie die een lichaam heeft omdat het zich op een bepaalde hoogte bevindt.
- c) De totale mechanische energie van een lichaam blijft constant, zelfs als er wrijving is.
- d) De energie van het universum is constant en transformeert alleen.
- e) Als een lichaam over kinetische energie beschikt, kan het arbeid verrichten.
- Selecteer de verkeerde optie:
De verkeerde optie is (C). Mechanische energie blijft niet behouden in de aanwezigheid van wrijving, omdat een deel ervan als warmte wordt afgevoerd.
- Een bus met deeg m met constante snelheid een helling afdaalt. De chauffeur houdt de remmen ingedrukt, waardoor de snelheid van de bus wordt beperkt, zelfs als deze van een hoogte afdaalt h. Geef aan of de volgende beweringen waar of onwaar zijn:
- De verandering in kinetische energie van de bus is nul.
- De mechanische energie van het bus-aardesysteem blijft behouden.
- De totale energie van het bus-aardesysteem blijft behouden, hoewel een deel wordt omgezet in interne energie.
In dit geval is het juiste antwoord V, F, V. De kinetische energie varieert niet omdat de snelheid constant is; Mechanische energie blijft echter niet behouden vanwege de toename van de interne energie van het systeem, veroorzaakt door wrijving.
Deze voorbeelden illustreren hoe belangrijk het is om te begrijpen hoe krachten en energie in verschillende contexten op elkaar inwerken. Mechanische energie is van cruciaal belang bij veel alledaagse toepassingen, van het verplaatsen van een voertuig tot het springen van een trampoline.
Het juiste begrip van mechanische energie is niet alleen nuttig voor het behalen van examens, maar ook voor het begrijpen van de verschijnselen van de wereld om ons heen.