mechanická energie: průvodce pro začátečníky po energii objektů a pohybu

mechanická energie je všude kolem nás. Ať už je to dítě kope fotbalový míč nebo masivní větrné turbíny nám dává elektřinu, není úniku této síly. Ale co přesně je mechanická energie? V této příručce vám pomůžeme pochopit více o mechanické energii, o tom, jak funguje a vyrábí energii, a proč na tom záleží vám (a nám všem).

co je mechanická energie a jak funguje?

mechanická energie je záležitostí fyzikální vědy. Je to energie pohybu nebo energie objektu, který se pohybuje. Všechny formy života a mnoho systémů používají k fungování mechanickou energii a energii pohybu lze vidět v každodenním životě. Několik příkladů je:

• dítě drží míč ve vzduchu, když skenují pole a hodí ho. Používají sílu (drží míč nahoru), ale dosud nevykonávali žádné množství práce (síla způsobuje posunutí předmětu).
• dítě kopne míč (vnější síla) – síla působí na něj a pohání ho dopředu.
• míč letí vzduchem (energie pohybu), sestupuje (gravitační síla), odrazí se od země, aby se znovu dostal do bodu (gravitační potenciální energie), pak se vrátí dolů a zastaví se.
• letadlo, které se řítí po dráze, představuje energii pohybu.
• letoun narážející do vrtulníku přenáší kinetickou energii na druhé letadlo.
• soukromé letadlo zpomalí, aby zastavilo, když pilot použije brzdy (třecí síla).

mechanická energie (kinetická energie nebo potenciální energie) je energie buď objektu v pohybu, nebo energie, která je uložena v objektech podle jejich polohy.

mechanická energie je také hnací silou obnovitelné energie. Mnoho forem obnovitelné energie se spoléhá na mechanickou energii, aby dostatečně vyrobila energii nebo přeměnila energii.

dva příklady obnovitelné energie, které závisí na mechanické energii, jsou vodní a větrná energie.

mechanická energie je jen jednou z několika forem energie, které také zahrnují:

• světlo
• teplo
• Zvuková energie
• chemická energie
• elektrická energie
• Jaderná energie

zajímavé je, že všechny tyto formy energie jsou zaměnitelné-v závislosti na okolnostech se přenášejí z jednoho státu do druhého. Je to proto, že vědecký zákon zachování říká, že energie nikdy nepřestane existovat úplně; může se měnit pouze z jedné formy do druhé.

jaké jsou příklady mechanické energie?

mechanická energie může být produkována živými věcmi, pevnými předměty, plyny, vodou nebo vzduchem. Všude jsou příklady mechanické energie.

potenciální a kinetická energie jsou jen dva příklady, které můžeme vidět nebo zažít.

příklad potenciální energie

Představte si, že přijedete domů z místního farmářského trhu a mezi vaším košem organických dobrot je tlustý, šťavnatý, kulatý meloun.

umístěte meloun na kuchyňskou linku. Nyní má potenciální energii kvůli své výšce nad podlahou kuchyně a kvůli své hmotnosti.

pak ji náhodně narazíte loktem, když vytáhnete sklenici pro uložení čerstvých organických kávových zrn. Snažíte se ho chytit, když se meloun začne valit směrem k okraji pultu. To je energie pohybu.

protože máte plné ruce práce se sklenicí a pytlem kávy, váš meloun spadne na podlahu (gravitační síla – příklad nekonzervativní síly), rozbije se do keramické dlaždice a exploduje na gazillion kusů. Nyní byla” práce ” hotová, protože náraz rozbil meloun na kousky šťavnaté kaše. Přerušovaný meloun také vytváří zvukovou energii, jednu z forem energie diskutovaných dříve.

příklad kinetické energie

zdroj

mnozí z nás jsou nadšeni čistou energií kvůli jejímu příznivému dopadu na změnu klimatu. Můžeme si vybrat plán zelené energie, když vybereme poskytovatele elektřiny nebo můžeme instalovat solární panely u nás doma.

když zvolíme plán zelené energie, tato energie je často vyráběna turbínami. Existují různé typy kinetické energie, díky nimž turbíny pracují na výrobě elektřiny.

• vítr: Například větrná turbína je typem technologie obnovitelné energie, která generuje energii z pohybu vzduchu. Když vítr fouká, otáčí lopatky turbíny kruhovým pohybem, který při otáčení otáčí hnací hřídel generující elektřinu.
• pára: podobně parní turbíny využívají tlak k pohybu ramen turbíny. Lopatky se otáčejí kruhovým pohybem, když pára fouká, pomocí mechanické energie k otáčení hřídele rotátoru. Hřídel rotátoru je připojen k generátoru, který bere kinetickou energii a přeměňuje ji na elektrickou energii. Stejný proces se používá k provozu parních strojů.

• voda: vodní energie získává mechanickou energii pohybu vody přes vodní turbíny nebo přečerpávací systémy. Stejně jako větrné nebo parní turbíny, vodní turbíny používají kinetickou energii tekoucí vody k otáčení lopatek. Na druhé straně čerpané skladovací systémy používají vodní nádrže v různých výškách k pohybu vody tam a zpět a vytváření vodní energie. Obě metody odrážejí přirozeně se vyskytující mechanické energetické síly řek, potoků, vodopádů, oceánů a dokonce i deště.

je potenciál mechanické energie nebo kinetický?

existují dva typy mechanické energie – pohyb (kinetická energie) a uložená (potenciální energie). Více se dozvíte v našem průvodci, který vysvětluje potenciální a kinetickou energii.

mechanická konverze závisí na množství potenciální energie, kterou má objekt, a na tom, kolik kinetické energie může produkovat.

bez ohledu na potenciál je však energie pohybu nedílnou součástí výroby energie a mnoho zdrojů generujících energii by bez ní nemohlo fungovat.

mechanická energie závisí na poloze a pohybu objektu a jeho síla pochází ze součtu pohyblivé (kinetické energie) a uložené (potenciální) energie. Jinými slovy, když je potenciální energie objektu kombinována s jeho kinetickou energií, vytváří mechanickou energii.

například horská dráha získá nejvíce gravitační potenciální energie, když dosáhne prvního vrcholu blízko začátku jízdy — to je to, co stanoví celkové množství energie dostupné k pohonu automobilů vpřed po celou dobu jízdy.

při stoupání na vrchol jednoho ze svých kopců nebo smyček získává potenciální energii – čím vyšší jde, tím více potenciální energie získá. Když postupuje do pohybu dolů, začne přeměňovat svou potenciální energii na kinetickou energii. Jak se vozík pohybuje dolů z kopce, jeho kinetická energie se zvyšuje; současně, jeho potenciální energie klesá.

některé příklady objektů s potenciální energií jsou balvan na okraji útesu, voda v ucpané vaně nebo demoliční koule čekající na demolici. Všechny z nich jsou v energii polohy před tím, než se valí, tok, nebo houpačka.

kinetické zdroje energie pocházejí z pohybu nebo gravitačních sil, jako jsou vlny oceánu, pára, tekoucí voda nebo vítr. Může to být také energie vyvíjená, když člověk běží, skáče, tančí, řídí auto, nebo hodí šipku, nebo hodí bowlingovou kouli dolů uličkou.

když se balvan valí z útesu nebo se odstraní zátka vany a voda začne proudit do odtoku, získávají tyto objekty nebo zdroje kinetickou energii.

jak shromažďují kinetickou energii, ztrácejí potenciální energii a společně vytvářejí úroveň síly, rychlosti nebo síly objektu.

všechny ostatní typy energie mohou být pouze kinetickou energií nebo potenciální energií-jeden po druhém — ale nikdy současně. Proto je mechanická energie jedinou formou energie, která může využít potenciální a kinetickou energii a měnit se mezi oběma.

Jak Mechanická Energie Produkuje Energii?

mechanická energie se vyrábí získáváním potenciální a kinetické energie a přeměnou na energii. Příkladem toho by byla pára, voda, vítr, plyn nebo kapalná paliva, která pohánějí turbíny.

stroje se často používají k výrobě jiných forem energie konverzí před použitím jako energie. Jakmile je mechanická energie určitým způsobem změněna, můžeme ji použít tak, jak chceme nebo potřebujeme, aby fungovala.

Můžete Šetřit Mechanickou Energii?

můžete šetřit mechanickou energii, což je zásadní, protože energie může při použití uniknout a energie může být během procesu přeměny zbytečná.

některé energetické ztráty jsou nevyhnutelné, když dojde k nekonzervativním nebo zastavovacím silám nebo situacím, ale přesměrování nebo úspora energie může pomoci dosáhnout maximální účinnosti.

neefektivní systémy přeměny energie stojí více a mohou ovlivnit účinnost energetických systémů. Například, pokud je větrná energie přeměněna na mechanickou energii pro přeměnu větrné turbíny, ale proces přeměny ztrácí více než polovinu vedené energie, systém je pomalý, časově náročnější a plýtvání energií.

Co Je Přeměna Energie?

zdroj

k přeměně energie dochází mnoha různými způsoby. Americké ministerstvo energetiky dává například provoz automobilu.

benzín sedící v nádrži automobilu před zapnutím vozidla drží chemickou potenciální energii. Když je plyn spálen po nastartování vozidla, změní se z chemické energie na tepelnou energii, což je forma tepelné energie.

tepelná energie se pak přemění na mechanickou energii pomocí síly a pohybu (kinetické energie) k pohybu vozidla.

jakmile se auto již nemusí pohybovat nebo zastavit na okamžik, jsou zabrzděny brzdy, které vytvářejí tření, nekonzervativní sílu.

mechanická, kinetická energie se transformuje zpět do tepelného stavu a je opět tepelnou energií.

podle zákona zachování mechanické energie, když je systém izolován nebo interaguje pouze s konzervativními silami, je mechanická energie konstantní.

jinými slovy, auto si udrží svou mechanickou energii neustále, dokud nedojde benzín a mechanická energie se již nevyrábí, nebo interaguje s nekonzervativní silou, jako je tření z brzdění nebo pólu, jiného vozidla nebo budovy.

dále, pokud se změní rychlost pohybujícího se objektu nebo materiálu, změní se kinetická energie spolu s ním.

v případě automobilu, pokud by zpomalilo, ale pokračovalo v jízdě a pak narazilo do jiného vozidla rychlostí jen několik mil za hodinu, by náraz byl menší, než kdyby auto zrychlilo a narazilo do jiného vozidla při jízdě tak rychle, jak by auto mohlo jet.

čím rychlejší je pohyb automobilu, tím více kinetické energie produkuje a tím více energie bude při nárazu vyvíjet.

někdy, když se objekty srazí s nekonzervativními silami, jako je tření, mohou také ztratit energii.

množství energie ztracené při kolizi bude záviset na tom, s jakým typem kolize došlo, když k tomu dojde.

pokud je kolize nebo interakce elastická, jako je Slinky hračka pohybující se po schodišti, množství energie zůstane stejné a síla objektu bude zachována.

pokud je kolize nepružná, jako je zploštělé těsto tortilly přistávající na pánvi, energie se změní na tepelnou energii a nebude zachována.

mechanická energie je všude

energie pohybu je mechanická energie a lze ji vidět téměř ve všem, co v životě děláme a prožíváme. Je to hráč baseballu, který houpá pálkou, aby zasáhl míč přes pole. Je to v mixéru, jak to víří kolem, drcení a zkapalnění naše ovoce, kapusta, a led do zeleného smoothie. Je to v brzdových pedálech kola, protože používají tření k zastavení otáčení kol.

jako energie uložená v objektu, může rychle přejít z potenciální energie na kinetickou energii, a pak se možná transformovat do jiného druhu energie úplně jako zákon zachování vstoupí do hry. Mechanická energie není tak technická, jak to zní. Je to součást každodenního života.

vám přináší justenergy.com

Všechny obrázky licencované od Adobe Stock.
doporučený obrázek: