mekanisk energi: en Begyndervejledning til energien af objekter og bevægelse

mekanisk energi er overalt omkring os. Uanset om det er et barn, der sparker en fodbold eller en massiv vindmølle, der giver os elektricitet, er der ingen undslippe denne kraft. Men hvad er mekanisk energi? I denne vejledning hjælper vi dig med at forstå mere om mekanisk energi, hvordan den fungerer og producerer strøm, og hvorfor det betyder noget for dig (og os alle).

Hvad er mekanisk energi og hvordan virker det?

mekanisk energi er et spørgsmål om fysisk videnskab. Det er bevægelsesenergien eller energien fra et objekt, der bevæger sig. Alle livsformer og mange systemer bruger mekanisk energi til at fungere, og bevægelsesenergien kan ses i hverdagen. Et par eksempler er:

• et barn holder en bold op i luften, når de scanner marken for at kaste den. De anvender kraft (holder bolden op), men har endnu ikke udøvet nogen mængde arbejde (kraft forårsager forskydning af et objekt).
• et barn sparker en bold (ekstern kraft) — kraften virker på den og driver den fremad.
• en bold flyver gennem luften (bevægelsesenergi), falder ned (tyngdekraft), hopper fra jorden for at gå op igen til et punkt (gravitationel potentiel energi), kommer derefter ned igen og ruller til et stop.
• et fly, der kører ned ad landingsbanen, repræsenterer bevægelsesenergien.
• et hastigt fly, der smækker ind i en helikopter, overfører kinetisk energi til det andet fly.
• en privat jet bremser for at stoppe, når piloten anvender bremser (friktionskraft).

mekanisk energi (kinetisk energi eller potentiel energi) er energien fra enten et objekt i bevægelse eller den energi, der opbevares i objekter ved deres position.

mekanisk energi er også en drivkraft for vedvarende energi. Mange former for vedvarende energi er afhængige af mekanisk energi for tilstrækkeligt at producere strøm eller konvertere energi.

to eksempler på vedvarende energi, der er afhængige af mekanisk energi, er vandkraft og vindenergi.

mekanisk energi er blot en af flere former for energi, som også omfatter:

• lys
• varme
• lydenergi
• kemisk energi
• elektrisk energi
• atomenergi

interessant nok er alle disse former for energi udskiftelige — overførsel fra en tilstand til en anden, afhængigt af omstændighederne. Det skyldes, at den videnskabelige lov om bevarelse siger, at energi aldrig ophører med at eksistere helt; det kan kun ændre sig fra en form til en anden.

Hvad er nogle eksempler på mekanisk energi?

mekanisk energi kan produceres af levende ting, faste genstande, gasser, vand eller luft. Der er eksempler på mekanisk energi overalt.

potentiel og kinetisk energi er kun to eksempler, som vi kan se eller opleve.

et eksempel på potentiel energi

Forestil dig, at du kommer hjem fra dit lokale landmændsmarked, og blandt din kurv med økologiske godbidder er en fed, saftig, rund vandmelon.

du placerer vandmelonen på din køkkenbord. Det har nu potentiel energi på grund af sin højde over køkkengulvet og på grund af dens vægt.

derefter støder du ved et uheld med albuen, når du trækker en krukke ud for at opbevare dine friske økologiske kaffebønner. Du scramble at fange det som melon begynder at rulle mod kanten af tælleren. Dette er bevægelsens energi.

fordi du har hænderne fulde med en krukke og en pose kaffe, falder din melon til gulvet (tyngdekraft – et eksempel på ikke-konservativ kraft), smadrer ind i keramiske fliser og eksploderer i en gasillion stykker. Nu er “arbejde” blevet gjort, fordi virkningen brød melonen i bidder af saftig mos. Den stiplede vandmelon skaber også lydenergi, en af de former for energi, der blev diskuteret tidligere.

et eksempel på kinetisk energi

kilde

mange af os er begejstrede for ren energi på grund af dens gavnlige indvirkning på klimaændringer. Vi vælger muligvis en grøn energiplan, når vi vælger en elektricitetsudbyder, eller vi installerer muligvis solcellepaneler i vores hjem.

når vi vælger en grøn energiplan, produceres den energi ofte af turbiner. Der er forskellige typer kinetisk energi, der får turbinerne til at arbejde for at producere elektricitet.

• Vind: Vindmøllen er for eksempel en type vedvarende energiteknologi, der genererer strøm fra luftbevægelse. Når vinden blæser, drejer den turbinens knive i en cirkulær bevægelse, der drejer en elektricitetsgenererende drivaksel, når den roterer.
• damp: tilsvarende bruger dampturbiner tryk til at bevæge armene på en turbine. Bladene drejer i en cirkulær bevægelse, når dampen blæser, ved hjælp af mekanisk energi til at dreje en rotatoraksel. Rotatorakslen er forbundet til en generator, der tager den kinetiske energi og omdanner den til elektrisk energi. Den samme proces bruges til at betjene dampmotorer.

• vand: vandkraft erhverver den mekaniske energi ved at flytte vand gennem hydroturbiner eller pumpede opbevaringssystemer. Ligesom vind-eller dampturbiner bruger hydroturbiner den kinetiske energi af strømmende vand til at dreje knive. På den anden side bruger pumpede lagersystemer vandreservoirer i forskellige højder for at flytte vand frem og tilbage og skabe vandkraft. Begge metoder afspejler de naturligt forekommende mekaniske energikræfter i floder, vandløb, vandfald, oceaner og endda regn.

er mekanisk energipotentiale eller kinetisk?

der er to typer mekanisk energi – bevægelse (kinetisk energi) og lagret (potentiel energi). Du kan lære mere i vores guide, der forklarer potentiel og kinetisk energi.

mekanisk konvertering afhænger af mængden af potentiel energi et objekt har, og hvor meget kinetisk energi det kan producere.

uanset potentiale er bevægelsesenergien imidlertid en integreret del af produktionen af strøm, og mange energigenererende kilder kunne ikke udføre uden det.

mekanisk energi afhænger af et objekts position og bevægelse, og dets kraft kommer fra summen af bevægende (kinetisk energi) og lagret (potentiel) energi. Med andre ord, når et objekts potentielle energi kombineres med dets kinetiske energi, skaber det mekanisk energi.

for eksempel får en rutsjebane den mest tyngdepotentielle energi, når den når den første top nær begyndelsen af turen — det er det, der fastlægger den samlede mængde strøm, der er tilgængelig til at drive bilerne fremad i løbet af turen.

når den stiger op til toppen af en af dens bakker eller sløjfer, får den potentiel energi — jo højere den går, jo mere potentiel energi får den. Når den fortsætter i en nedadgående bevægelse, begynder den at omdanne sin potentielle energi til kinetisk energi. Når vognen bevæger sig ned ad bakken, øges dens kinetiske energi; samtidig falder dens potentielle energi.

nogle eksempler på genstande med potentiel energi er en kampesten ved kanten af en klippe, vand i et tilsluttet badekar eller en ødelæggende kugle, der venter på at nedrive. Alle disse er i positionsenergi, før de ruller, flyder eller svinger.

kinetiske energikilder kommer fra bevægelse eller gravitationskræfter som havbølger, damp, strømmende vand eller vind. Det kan også være den energi, der udøves, når en person løber, hopper, danser, kører bil eller kaster en pil eller kaster en bold ned ad en gyde.

når kampesten ruller ud af en klippe, eller badekarproppen fjernes, og vandet begynder at skynde sig ned i afløbet, får disse genstande eller kilder kinetisk energi.

når de samler kinetisk energi, mister de potentiel energi, og sammen skaber de to et objekts niveau af kraft, hastighed eller kraft.

alle andre energityper kan kun være kinetisk energi eller potentiel energi — en ad gangen, men aldrig samtidigt. Derfor er mekanisk energi den eneste form for energi, der kan udnytte potentiel og kinetisk energi og ændre sig frem og tilbage mellem begge.

Hvordan Producerer Mekanisk Energi Strøm?

mekanisk energi produceres ved at købe potentiale og kinetisk energi og omdanne den til strøm. Eksempler på dette ville være damp, vand, vind, gas eller flydende brændstoffer, der driver turbiner.

maskiner bruges ofte til at generere andre former for energi gennem konvertering, før de bruges som strøm. Når mekanisk energi er ændret på en bestemt måde, kan vi bruge den som vi ønsker eller har brug for den til at arbejde.

Kan Du Spare Mekanisk Energi?

du kan spare mekanisk energi, hvilket er afgørende, fordi energi kan undslippe, når den bruges, og strøm kan spildes under konverteringsprocessen.

noget energitab er uundgåeligt, når ikke-konservative eller stopkræfter eller situationer opstår, men omdirigering eller konservering af energi kan hjælpe med at opnå maksimal effektivitet.

ineffektive energikonverteringssystemer koster mere at køre og kan påvirke effektiviteten af elsystemer. For eksempel, hvis vindenergi omdannes til mekanisk energi for at dreje en vindmølle, men konverteringsprocessen mister mere end halvdelen af den udførte energi, er systemet langsomt, mere tidskrævende og spild af energi.

Hvad Er Energikonvertering?

kilde

energikonvertering sker på mange forskellige måder. Det amerikanske energiministerium giver for eksempel driften af en bil.

Bensin, der sidder i en biltank, før bilen tændes, indeholder kemisk potentiel energi. Når gassen brændes, efter at køretøjet er startet, ændres det fra kemisk energi til termisk energi, en form for varmeenergi.

den termiske energi omdannes derefter til mekanisk energi ved hjælp af kraft og bevægelse (kinetisk energi) til at bevæge køretøjet.

når en bil ikke længere behøver at bevæge sig eller stoppe et øjeblik, påføres bremser, der skaber friktion, en ikke-konservativ kraft.

den mekaniske kinetiske energi omdannes tilbage til en termisk tilstand og er igen varmeenergi.

i henhold til loven om bevarelse af mekanisk energi, når et system isoleres eller kun interagerer med konservative kræfter, er den mekaniske energi konstant.

med andre ord bevarer bilen sin mekaniske energi konstant, indtil enten bensinen løber tør, og mekanisk energi ikke længere produceres, eller den interagerer med en ikke-konservativ kraft, såsom friktion fra bremsning eller en stang, et andet køretøj eller bygning.

yderligere, hvis hastigheden af et bevægeligt objekt eller materiale ændres, ændres den kinetiske energi sammen med den.

i tilfælde af bilen, hvis den skulle bremse, men fortsætte med at køre og derefter gå ned i et andet køretøj med kun få miles i timen, ville påvirkningen være mindre, end hvis bilen kørte op og ramte et andet køretøj, når du kører så hurtigt som bilen kunne gå.

jo hurtigere bevægelse af en bil, jo mere kinetisk energi producerer den, og jo mere kraft vil den udøve ved påvirkning.

nogle gange når objekter kolliderer med ikke-konservative kræfter som friktion, kan de også miste energi.

mængden af energi, der går tabt i en kollision, afhænger af, hvilken type kollision der opstod, når dette sker.

hvis kollisionen eller interaktionen er elastisk, såsom et Slinky legetøj, der bevæger sig ned ad en trappe, forbliver mængden af energi den samme, og objektets kraft bevares.

hvis kollisionen er uelastisk, såsom den fladede dej af en tortilla, der lander på en stegepande, ændres energien til termisk energi og bevares ikke.

mekanisk energi er overalt

bevægelsesenergien er mekanisk energi, og den kan ses i næsten alt, hvad vi gør og oplever i livet. Det er en baseballspiller, der svinger en flagermus for at ramme bolden over banen. Det er i en blender, som det hvirvler rundt, knusning og flydende vores frugt, grønkål og is i en grøn smoothie. Det er i bremsepedalerne på en cykel, da de bruger friktion for at stoppe hjulene.

som energi lagret i et objekt, kan det hurtigt gå fra potentiel energi til kinetisk energi, og derefter muligvis omdanne til en anden slags energi helt som loven om bevarelse kommer i spil. Mekanisk energi er ikke så teknisk som det lyder. Det er en del af hverdagen.

bragt til dig af justenergy.com

alle billeder licenseret fra Adobe Stock.
Udvalgt billede: