Mechanická energie a její typy

Účelem tohoto článku je odhalit podstatu pojmu "mechanická energie". Fyzika využívá tohoto pojetí prakticky i teoreticky.

Práce a energie

Mechanická práce může být určena, pokud je známa síla působící na tělo a pohyb těla. Existuje jiný způsob výpočtu mechanické práce. Zvažte příklad:

Obrázek ukazuje tělo, které může být v různých mechanických stavech (I a II). Proces přechodu těla ze stavu I do stavu II je charakterizován mechanickou prací, tj. Při přechodu ze stavu I do stavu II může tělo vykonávat práci. Při provádění práce se změní mechanický stav těla a mechanický stav může být charakterizován jednou fyzikální veličinou - energií.

Energie je skalární fyzikální veličina všech forem pohybu hmoty a variant jejich interakce.

Jaká je mechanická energie

Mechanická energie je skalární fyzikální veličina, která určuje schopnost těla vykonávat práci.

A = ΔE

Vzhledem k tomu, že energie je charakteristickým znakem stavu systému v určitém časovém okamžiku, je práce charakteristickým pro proces změny stavu systému.

Energie a práce mají stejné jednotky: [A] = [E] = 1 J.

Typy mechanické energie

Mechanická volná energie je rozdělena na dva typy: kinetické a potenciální.

Kinetická energie je mechanická energie těla, která je určována rychlostí jejího pohybu.

E _k = 1 / 2mv ²

Kinetická energie je vlastní pohyblivým tělesům. Zastaví, provádějí mechanickou práci.

V různých referenčních systémech mohou být rychlosti stejného těla v libovolném časovém okamžiku odlišné. Proto je kinetická energie relativní hodnotou, je určena výběrem referenčního systému.

Pokud působí síla na tělo během pohybu (nebo několik sil současně), změní se kinetická energie těla: tělo se zrychlí nebo zastaví. Současně bude práce síly nebo práce výsledku všech sil aplikovaných na tělo rovna rozdílu kinetických energií:

A = E _k1 - E _{k 2} = ΔE _k

Toto prohlášení a vzorec dostal název - kinetickou energetickou větu .

Potenciální energie se nazývá energie díky interakci mezi těly.

Když těleso hmotnosti m spadne z výšky h, síla přitažlivosti vykonává práci. Vzhledem k tomu, že práce a energetická změna jsou spojeny rovnicí, lze napsat vzorec pro potenciální energii těla v terénu gravitace :

E _p = mgh

Na rozdíl od kinetické energie E _k, potenciální E _p může mít zápornou hodnotu, když h <0 (například tělo ležící na dně studny).

Dalším typem mechanické potenciální energie je deformační energie. Pružina stlačená ve vzdálenosti x s tuhostí k má potenciální energii (energii deformace):

E _p = 1/2 kx ²

Deformace energie byla v praxi široce uplatněna (hračky), technika - stroje, relé a další.

E = E _p + _Ek

Celková mechanická energie těla se nazývá součet energií: kinetická a potenciální.

Zákon zachování mechanické energie

Jeden z nejpřesnějších experimentů, které provedl anglický fyzik Joule a německý fyzik Mayer v polovině 19. století, ukázalo, že množství energie v uzavřených systémech zůstává nezměněno. To se pohybuje pouze od jednoho těla k druhému. Tyto studie pomohly objevit zákon zachování energie :

Celková mechanická energie izolovaného systému těl zůstává konstantní pro všechny těla mezi sebou.

Na rozdíl od impulsu, který nemá žádnou ekvivalentní formu, má energie mnoho forem: mechanickou, tepelnou, energii molekulárního pohybu, elektrickou energii se síly interakce nábojů a další. Jedna forma energie se může přenést na jinou, například tepelná kinetická energie se přenáší v procesu brzdění automobilu. Pokud třecí síly ne, a teplo není generováno, pak celková mechanická energie není ztracena, ale zůstává konstantní během pohybu nebo interakce těles:

E = E _p + _Ek = konst

Když síla tření mezi těly, pak se sníží mechanická energie, nicméně v tomto případě to není ztraceno bez stopy, a jde do tepla (vnitřní). Pokud externí síla vykonává práci na uzavřeném systému, zvyšuje se mechanická energie o množství práce provedené touto silou. Pokud uzavřený systém provádí práci na vnějších tělesech, pak se mechanická energie systému sníží o množství práce, kterou udělal.
Každý typ energie se může zcela změnit na jinou energii.