mekaaninen energia: Aloittelijan opas esineiden ja liikkeen energiaan

mekaaninen energia on kaikkialla ympärillämme. Olipa lapsi potkimassa jalkapalloa tai valtava tuulivoimala antamassa meille sähköä, tätä voimaa ei voi paeta. Mutta mitä mekaaninen energia oikeastaan on? Tässä oppaassa autamme sinua ymmärtämään enemmän mekaanisesta energiasta, miten se toimii ja tuottaa energiaa ja miksi sillä on merkitystä sinulle (ja meille kaikille).

mitä on mekaaninen energia ja miten se toimii?

mekaaninen energia on fysikaalisen tieteen asia. Se on liikkeen energiaa, tai kappaleen energiaa, joka liikkuu. Kaikki elämänmuodot ja monet systeemit käyttävät mekaanista energiaa toimiakseen, ja liike-energia näkyy arjessa. Muutamia esimerkkejä ovat:

• lapsi pitää palloa ilmassa, kun he skannaavat kenttää heittääkseen sen. He käyttävät voimaa (pitämällä palloa ylhäällä), mutta eivät ole vielä harjoittaneet mitään työmäärää (voima aiheuttaa kappaleen siirtymisen).
• lapsi potkaisee palloa (ulkoinen voima) — voima vaikuttaa siihen työntäen sitä eteenpäin.
• pallo lentää ilmassa (liike-energia), laskeutuu (gravitaatiovoima), kimpoaa maasta noustakseen jälleen pisteeseen (gravitaatiopotentiaalienergia), tulee sitten takaisin alas ja rullaa pysähtymään.
• kiitotietä alas kiitävä kone edustaa liike-energiaa.
• helikopteriin törmäävä ylinopeutta ajava Lentokone siirtää liike-energiaa toiseen lentokoneeseen.
• yksityiskone hidastuu pysähtymään, kun lentäjä jarruttaa (kitkavoima).

mekaaninen energia (kineettinen energia tai potentiaalienergia) on joko liikkeessä olevan kappaleen energia tai kappaleisiin niiden sijainnin mukaan varastoitunut energia.

mekaaninen energia on myös uusiutuvan energian ajuri. Monet uusiutuvan energian muodot tukeutuvat mekaaniseen energiaan tuottaakseen riittävästi energiaa tai muuntaakseen energiaa.

kaksi mekaanisesta energiasta riippuvaista uusiutuvaa energiaa ovat vesivoima ja tuulienergia.

mekaaninen energia on vain yksi useista energiamuodoista, joihin kuuluvat myös:

• valo
• lämpö
• Äänienergia
• kemiallinen energia
• sähköenergia
• ydinenergia

mielenkiintoista on, että kaikki nämä energiamuodot ovat vaihdettavissa — siirtyvät tilasta toiseen olosuhteiden mukaan. Tämä johtuu siitä, että tieteellinen säilymisen laki sanoo, että energia ei koskaan lakkaa olemasta kokonaan; se voi vain muuttua yhdestä muodosta toiseen.

mitkä ovat joitakin esimerkkejä mekaanisesta energiasta?

mekaanista energiaa voidaan tuottaa elollisista olioista, kiinteistä esineistä, kaasuista, vedestä tai ilmasta. Kaikkialla on esimerkkejä mekaanisesta energiasta.

potentiaali ja kineettinen energia ovat vain kaksi esimerkkiä, jotka voimme nähdä tai kokea.

esimerkki potentiaalisesta energiasta

Kuvittele saapuvasi kotiin paikalliselta Maanviljelijän torilta ja luomuherkkujen Korin joukossa on lihava, mehevä, Pyöreä vesimeloni.

asetat vesimelonin keittiön tiskille. Siinä on nyt potentiaalienergiaa, koska se on korkeudeltaan keittiön lattian yläpuolella ja painonsa vuoksi.

sitten sitä vahingossa töytäisee kyynärpäällään, kun vetää purkista säilöön tuoreita luomukahvipapuja. Pyristelet nappaamaan sen, kun meloni alkaa rullata kohti tiskin reunaa. Tämä on liike-energiaa.

koska sinulla on kädet täynnä purkin ja kahvipussin kanssa, meloni putoaa lattialle (painovoima – esimerkki ei-keraamisesta voimasta), murskautuu keraamiseen laattaan ja räjähtää miljooniksi palasiksi. Nyt ” työ ” on tehty, koska isku mursi melonin meheväksi mössöksi. Murskattu vesimeloni luo myös äänienergiaa, joka on yksi aiemmin käsitellyistä energiamuodoista.

esimerkki kineettisestä energiasta

lähde

monet meistä ovat innoissaan puhtaasta energiasta, koska se vaikuttaa myönteisesti ilmastonmuutokseen. Saatamme valita vihreän energian suunnitelman, kun valitsemme sähköntuottajan tai saatamme asentaa kotiimme aurinkopaneelit.

kun valitaan vihreä energiasuunnitelma, tuo energia tuotetaan usein turbiineilla. On olemassa erilaisia liike-energiaa, jotka saavat turbiinit toimimaan sähkön tuottamiseksi.

• tuuli: Esimerkiksi tuuliturbiini on eräänlainen uusiutuvan energian teknologia, joka tuottaa energiaa ilman liikkeestä. Puhaltaessaan tuuli pyörittää turbiinin lapoja pyörivällä liikkeellä, joka pyöri pyöriessään sähköä tuottavaa vetoakselia.
• höyry: vastaavasti höyryturbiineissa käytetään painetta turbiinin varsien liikuttamiseen. Terät kääntyvät pyörivin liikkein höyryn puhaltaessa käyttäen mekaanista energiaa pyörittäjän akselin pyörittämiseen. Pyörimisakseli kytketään generaattoriin, joka ottaa liike-energian ja muuntaa sen sähköenergiaksi. Samaa prosessia käytetään höyrykoneiden käytössä.

• vesi: vesivoima hankkii liikkuvan veden mekaanisen energian vesiturbiinien tai pumppuvoimalaitosten kautta. Tuuliturbiinien tai höyryturbiinien tavoin vesiturbiinit käyttävät virtaavan veden liike-energiaa lapojen pyörittämiseen. Toisaalta pumppuvoimalaitoksissa käytetään eri korkeuksilla olevia vesivarastoja veden siirtämiseksi edestakaisin ja vesivoiman luomiseksi. Molemmat menetelmät heijastavat jokien, purojen, vesiputousten, valtamerien ja jopa sateiden luonnossa esiintyviä mekaanisia energiavoimia.

Onko mekaaninen energiapotentiaali vai kineettinen?

mekaanista energiaa on kahdenlaisia: liike – energiaa (kineettinen energia) ja varastoitua energiaa (potentiaalienergia). Voit oppia lisää oppaassamme, joka selittää potentiaali-ja kineettisen energian.

mekaaninen konversio riippuu siitä, kuinka paljon kappaleella on potentiaalienergiaa ja kuinka paljon se pystyy tuottamaan liike-energiaa.

potentiaalista riippumatta liike-energia on kuitenkin erottamaton osa voiman tuottamista, eivätkä monet energiaa tuottavat lähteet voisi toimia ilman sitä.

mekaaninen energia riippuu kappaleen sijainnista ja liikkeestä, ja sen voima tulee liikkuvan (liike-energia) ja varastoidun (potentiaali) energian summasta. Toisin sanoen, kun kappaleen potentiaalienergia yhdistetään sen liike-energiaan, se luo mekaanista energiaa.

esimerkiksi vuoristorata saa eniten gravitaatiopotentiaalienergiaa, kun se saavuttaa ensimmäisen huipun lähellä matkan alkua — tämä määrittää kaiken käytettävissä olevan tehon, jolla autoja voidaan kuljettaa eteenpäin matkan ajaksi.

noustessaan jonkin mäkensä tai silmukkansa huipulle se saa potentiaalienergiaa — mitä korkeammalle se menee, sitä enemmän se saa potentiaalienergiaa. Kun se etenee alaspäin suuntautuvaan liikkeeseen, se alkaa muuntaa potentiaalienergiaansa kineettiseksi energiaksi. Kun kärry liikkuu mäkeä alas, sen liike-energia kasvaa; samanaikaisesti sen potentiaalienergia pienenee.

joitakin esimerkkejä esineistä, joilla on potentiaalienergiaa, ovat siirtolohkare jyrkänteen reunalla, vesi kytketyssä kylpyammeessa tai purkamista odottava purkupallo. Kaikki nämä ovat asennossa ennen kuin ne pyörivät, virtaavat tai heiluvat.

liike-tai gravitaatiovoimat, kuten meren aallot, höyry, virtaava vesi tai tuuli, saavat aikaan liike-energiaa. Se voi johtua myös siitä energiasta, jota ihminen käyttää juostessaan, hypätessään, tanssiessaan, ajaessaan autoa tai heittäessään tikkaa tai heittäessään keilapallon kujalle.

kun siirtolohkare vierii jyrkänteeltä tai ammetulppa irrotetaan ja vesi alkaa syöksyä viemäristä alas, nämä esineet tai lähteet saavat liike-energiaa.

kerätessään liike-energiaa ne menettävät potentiaalienergiaa, ja yhdessä nämä kaksi luovat kappaleen voiman, nopeuden tai voiman tason.

kaikki muut energiatyypit voivat olla vain kineettistä energiaa tai potentiaalienergiaa — yksi kerrallaan, mutta ei koskaan samanaikaisesti. Siksi mekaaninen energia on ainoa energian muoto, joka voi valjastaa potentiaali-ja kineettisen energian ja muuttua edestakaisin molempien välillä.

Miten Mekaaninen Energia Tuottaa Tehoa?

mekaanista energiaa tuotetaan hankintapotentiaalin ja kineettisen energian avulla ja muuttamalla se tehoksi. Esimerkkejä tästä olisivat höyry, vesi, tuuli, kaasu tai nestemäiset polttoaineet, joilla turbiineja käytetään.

koneita käytetään usein muuntamalla muunlaista energiaa ennen kuin niitä käytetään voimana. Kun mekaanista energiaa muutetaan tietyllä tavalla, voimme käyttää sitä haluamallamme tai tarvitsemallamme tavalla toimiaksemme.

Voitko Säästää Mekaanista Energiaa?

voit säästää mekaanista energiaa, mikä on ratkaisevan tärkeää, koska energiaa voi karata käytettynä ja energiaa voi mennä hukkaan muuntoprosessin aikana.

jonkinasteinen energiahäviö on väistämätön, kun esiintyy ei-konservatiivisia tai pysäyttäviä voimia tai tilanteita, mutta energian ohjaaminen tai säästäminen voi auttaa saavuttamaan maksimaalisen tehokkuuden.

tehottomat energiamuunnosjärjestelmät maksavat enemmän ja voivat vaikuttaa sähköjärjestelmien tehokkuuteen. Jos esimerkiksi tuulienergia muunnetaan mekaaniseksi energiaksi tuuliturbiinin kääntämiseksi, mutta konversioprosessi menettää yli puolet johdetusta energiasta, järjestelmä on hidas, aikaa vievä ja energiaa tuhlaava.

Mikä On Energiamuunnos?

source

Energy conversion tapahtuu monella eri tavalla. Yhdysvaltain energiaministeriö antaa esimerkiksi auton toiminnan.

Bensiini, joka istuu auton tankissa ennen auton käynnistämistä, pitää sisällään kemiallista potentiaalienergiaa. Kun kaasu poltetaan ajoneuvon käynnistämisen jälkeen, se muuttuu kemiallisesta energiasta lämpöenergiaksi, eräänlaiseksi lämpöenergiaksi.

lämpöenergia muutetaan tämän jälkeen mekaaniseksi energiaksi käyttäen voimaa ja liikettä (liike-energiaa) ajoneuvon liikuttamiseen.

kun auton ei enää tarvitse liikkua tai pysähtyä hetkellisesti, käytetään jarruja, jotka aiheuttavat kitkaa, ei-conservatiivista voimaa.

mekaaninen, kineettinen energia muuttuu takaisin lämpöenergiaksi ja on jälleen lämpöenergiaa.

mekaanisen energian säilymislain mukaan systeemin ollessa eristyksissä tai vain vuorovaikutuksessa konservatiivisten voimien kanssa mekaaninen energia on vakio.

toisin sanoen auto säilyttää mekaanisen energiansa jatkuvasti, kunnes joko bensiini loppuu eikä mekaanista energiaa enää tuoteta, tai se vuorovaikuttaa ei-mekaanisen voiman kanssa, kuten jarrutuksesta tai tolpasta, toisesta ajoneuvosta tai rakennuksesta aiheutuvan kitkan kanssa.

edelleen, jos liikkuvan kappaleen tai materiaalin nopeus muuttuu, liike-energia muuttuu sen mukana.

jos auto hidastaisi, mutta jatkaisi ajamista ja törmäisi sen jälkeen toiseen ajoneuvoon vain muutaman kilometrin tuntivauhdilla, törmäys olisi pienempi kuin jos auto kiihdyttäisi ja osuisi toiseen ajoneuvoon ajaessaan niin kovaa kuin auto pystyi kulkemaan.

mitä nopeammin auto liikkuu, sitä enemmän se tuottaa liike-energiaa ja sitä enemmän se käyttää voimaa törmäyksessä.

joskus kappaleiden törmätessä ei-konservatiivisiin voimiin, kuten kitkaan, ne voivat myös menettää energiaa.

törmäyksessä menetetyn energian määrä riippuu siitä, millaiseen törmäykseen törmäyksen sattuessa päädyttiin.

jos törmäys tai vuorovaikutus on kimmoisa, kuten rappukäytävässä liikkuva Lelu, energiamäärä pysyy samana ja kappaleen teho säilyy.

jos törmäys on epäelastista, kuten paistinpannulle laskeutuvan tortillan litistetty taikina, energia muuttuu lämpöenergiaksi eikä säily.

mekaaninen energia on kaikkialla

liikkeen energia on mekaanista energiaa ja se näkyy lähes kaikessa, mitä teemme ja koemme elämässä. Pesäpalloilija heiluttaa mailaa lyödäkseen palloa kentän poikki. Se on tehosekoittimessa, kun se pyörähtelee ympäriinsä, murskaa ja nesteyttää hedelmämme, lehtikaalimme ja jäämme vihersmoothieksi. Se on pyörän jarrupolkimissa, kun ne estävät kitkan avulla pyörien pyörimisen.

kappaleeseen varastoituneena energiana se voi nopeasti siirtyä potentiaalienergiasta kineettiseen energiaan ja sitten mahdollisesti muuttua kokonaan toisenlaiseksi energiaksi säilymisen lain tullessa voimaan. Mekaaninen energia ei ole niin teknistä kuin miltä se kuulostaa. Se on osa arkea.

toi justenergy.com

Kaikki kuvat lisensoitu Adobe Stockilta.
Featured image: