• Τι είναι η μηχανική ενέργεια;
• Τύποι μηχανικής ενέργειας
• Παραδείγματα μηχανικής ενέργειας
• Κινητική και δυνητική μηχανική ενέργεια

Εξηγούμε τι είναι η μηχανική ενέργεια και πώς μπορεί να ταξινομηθεί. Επίσης, παραδείγματα και δυναμική και κινητική μηχανική ενέργεια.

Η μηχανική ενέργεια περιλαμβάνει τόσο την κινητική, την ελαστική και τη δυναμική ενέργεια ενός αντικειμένου.

Τι είναι η μηχανική ενέργεια;

Μηχανική ενέργεια είναι το άθροισμα της κινητικής ενέργειας και της δυναμικής ενέργειας ενός σώματος ή Σύστημα. Η κινητική ενέργεια είναι η ενέργεια που έχουν τα σώματα κίνηση, αφού εξαρτάται από τις ταχύτητες και τις μάζες τους. Η δυναμική ενέργεια, από την άλλη πλευρά, σχετίζεται με το έργο δυνάμεων που ονομάζονται συντηρητικές, όπως η ελαστική και η βαρυτική δύναμη, που εξαρτώνται από τη μάζα των σωμάτων και τη θέση τους και δομή.

ο Αρχή διατήρησης της ενέργειας διαπιστώνει ότι η μηχανική ενέργεια διατηρείται (παραμένει σταθερή) εφόσον οι δυνάμεις που ασκούνται στο σώμα ή το σύστημα είναι συντηρητικές, δηλαδή δεν κάνουν το σύστημα να χάσει ενέργεια. Αυτή η αρχή μπορεί να γραφτεί μαθηματικά ως εξής:

Emec = Ec + Ep = cte

πουEc είναι τοΚινητική ενέργεια του συστήματος καιΕπ τουδυναμική ενέργεια, το οποίο μπορεί να είναι βαρυτικό, ελαστικό, ηλεκτρικό κ.λπ.

Αυτή η σχέση δεν ισχύει εάν το σύστημα επηρεάζεται από μη συντηρητικές δυνάμεις. Για παράδειγμα, στην περίπτωση κινήσεων σε επιφάνειες με τριβή (όπως οι περισσότερες επιφάνειες), η κινητική ενέργεια διαχέεται με τη μορφή θερμότητα. Η μηχανική ενέργεια ενός συστήματος μπορεί επίσης να χαθεί με τη μορφή θερμότητας, για παράδειγμα σε θερμοδυναμικά συστήματα στα οποία η μηχανική ενέργεια μπορεί να μετατραπεί σε θερμικός.

Η μηχανική ενέργεια χρησιμοποιείται συχνά για την εκτέλεση εργασιών ή τη μετατροπή της σε άλλες μορφές ενέργειας, όπως ηυδραυλική ενέργεια (όταν ο άνθρωπος εκμεταλλεύεται τη δυνητική ενέργεια του νερού που πέφτει για να κάνει δουλειά). Ένα άλλο παράδειγμα είναι η αιολική ενέργεια ήΕνέργεια θαλασσινού νερού, που χρησιμοποιεί την κινητική ενέργεια του ανέμου και της παλίρροιας για να τα μετατρέψει σε άλλο είδος χρήσιμης ενέργειας.

Τύποι μηχανικής ενέργειας

Η κινητική ενέργεια σχετίζεται με την ταχύτητα και τη μετατόπιση των αντικειμένων.

Η μηχανική ενέργεια είναι το άθροισμα των παρακάτω ενεργειών:

• Κινητική ενέργεια. Είναι η ενέργεια που διαθέτουν τα αντικείμενα ή ένα κινούμενο σύστημα, και η οποία εξαρτάται από την ταχύτητά τους και από τους μάζα. Για παράδειγμα: μια μπάλα σε κίνηση.
• Δυναμική ενέργεια. Είναι η ενέργεια που σχετίζεται με τη θέση ενός σώματος μέσα σε ένα συντηρητικό πεδίο δύναμης, όπως βαρυτικό, ελαστικό, ηλεκτρικό κ.λπ. Με τη σειρά της, η δυναμική ενέργεια μπορεί να είναι δύο τύπων:
  • Βαρυτική δυναμική ενέργεια. Είναι η ενέργεια που οφείλεται στη δράση τουβαρύτητα πάνω από τα σώματα. Για παράδειγμα: ένα αντικείμενο που πέφτει από ορισμένο ύψος.
  • Ελαστική δυναμική ενέργεια. Είναι η ενέργεια που διαθέτουν τα συστήματα που παραμορφώνονται από α δύναμη. Η ενέργεια παραμένει στο σύστημα έως ότου η δύναμη δεν εφαρμόζεται πλέον και έτσι το σύστημα επανέρχεται στο αρχικό του σχήμα, μετατρέποντας την ελαστική ενέργεια σε κινητική ενέργεια. Για παράδειγμα: ένα ελατήριο που τεντώνεται ή συστέλλεται μέσω μιας εξωτερικής δύναμης που, όταν δεν εφαρμόζεται, επιτρέπει στο ελατήριο να επιστρέψει στην κανονική του θέση, ισορροπίας.

Παραδείγματα μηχανικής ενέργειας

Μερικά πιθανά παραδείγματα μηχανικής ενέργειας στις διάφορες μορφές της είναι τα ακόλουθα:

• Ένα καροτσάκι τρενάκι. Στο υψηλότερο σημείο του, το καρότσι θα έχει συσσωρεύσει αρκετή βαρυτική δυναμική ενέργεια (λόγω ύψους) για να πέσει ελεύθερα ένα δευτερόλεπτο αργότερα και να τη μετατρέψει όλη σε κινητική ενέργεια (λόγω κίνησης) και να φτάσει σε απίστευτες ταχύτητες.
• Ένας ανεμόμυλος. Η κινητική ενέργεια του ανέμου παρέχει μια ώθηση στις λεπίδες του μύλου που μετατρέπεται σε μηχανικό έργο: στρέφοντας το γρανάζι που θα αλέσει τους κόκκους χαμηλότερα.
• Ένα εκκρεμές Η βαρυτική δυναμική ενέργεια τουβάρος μετατρέπεται σε κινητική ενέργεια για να κινηθεί κατά μήκος της διαδρομής του, διατηρώντας τη συνολική μηχανική ενέργεια.
• Ένα εφαλτήριο. Ο λουόμενος που πηδά από μια σανίδα καταδύσεων χρησιμοποιεί το βάρος του (βαρυτική δυναμική ενέργεια) για να παραμορφώσει τη σανίδα κατάδυσης προς τα κάτω (ελαστική δυναμική ενέργεια) και αυτό, όταν ανακτήσει το σχήμα της, την σπρώχνει προς τα πάνω αυξάνοντας το ύψος της (περισσότερο βαρυτικό δυναμικό) που την ενεργεί μετατρέπεται συχνά σε κινητική ενέργεια κατά την ελεύθερη πτώση στο νερό.

Κινητική και δυνητική μηχανική ενέργεια

Όπως έχει ήδη ειπωθεί, η μηχανική ενέργεια περιλαμβάνει δύο ενέργειες: την κινητική και τη δυναμική.

Το πρώτο μπορεί να υπολογιστεί με τον απλό τύπο τουEc = ½ m. v2 και η μονάδα σας μέτρηση στο Διεθνές σύστημα θα είναι τα Joules (J).

Αντίθετα, δυναμική ενέργεια είναι η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται στο σύστημα λόγω της ιδιαίτερης διαμόρφωσης ή της τοποθέτησής του σε σχέση με ένα πεδίο δυνάμεων (βαρυτική, ελαστική ή ηλεκτρομαγνητική). Αυτή η ενέργεια είναι ικανή να μετατραπεί σε άλλες μορφές ενέργειας, όπως η ίδια η κινητική.