mechanikai energia: kezdő útmutató a tárgyak és a mozgás energiájához

a mechanikai energia körülöttünk van. Akár egy gyerek rugdossa a futball-labdát, akár egy hatalmas szélturbina, amely áramot ad nekünk, nincs menekvés ez az erő. De mi is pontosan a mechanikai energia? Ebben az útmutatóban segítünk jobban megérteni a mechanikai energiát, hogyan működik és termel energiát, és miért számít neked (és mindannyiunknak).

mi a mechanikai energia és hogyan működik?

a mechanikai energia fizikai tudomány kérdése. Ez a mozgás energiája, vagy egy mozgó tárgy energiája. Minden életforma és sok rendszer mechanikus energiát használ a működéshez, és a mozgás energiája látható a mindennapi életben. Néhány példa:

• a gyermek tartja a labdát a levegőben, ahogy átvizsgálja a területen, hogy dobja. Erőt alkalmaznak (feltartják a labdát), de még nem gyakoroltak semmilyen munkát (az erő egy tárgy elmozdulását okozza).
• a gyermek rúgja a labdát (külső erő) — az erő hat rá, előre hajtja.
• egy labda repül a levegőben (mozgási energia), leereszkedik (gravitációs erő), visszapattan a földről, hogy újra felmegy egy pontra (gravitációs potenciális energia), majd visszatér és megáll.
• a kifutópályán gyorsuló repülőgép a mozgás energiáját képviseli.
• egy helikopterbe csapódó gyorshajtású Repülőgép kinetikus energiát továbbít a másik repülőgépnek.
• egy magánrepülőgép lelassul, hogy megálljon, amikor a pilóta fékez (súrlódási erő).

a mechanikai energia (kinetikus energia vagy potenciális energia) vagy egy mozgásban lévő tárgy energiája, vagy az az energia, amelyet a tárgyak helyzetük alapján tárolnak.

a mechanikus energia a megújuló energia hajtóereje is. A megújuló energia számos formája mechanikus energiára támaszkodik az energia megfelelő előállításához vagy az energia átalakításához.

két példa a megújuló energiára, amely a mechanikai energiától függ, a vízenergia és a szélenergia.

a mechanikai energia csak egy az energia számos formája közül, amelyek magukban foglalják:

• fény
• hő
• hang energia
• kémiai energia
• elektromos energia
• nukleáris energia

érdekes, hogy ezek az energiaformák felcserélhetők — a körülményektől függően egyik állapotból a másikba kerülnek. Ez azért van, mert a megőrzés tudományos törvénye kimondja, hogy az energia soha nem szűnik meg teljesen létezni; csak egyik formáról a másikra változhat.

milyen példák vannak a mechanikai energiára?

a mechanikai energiát élőlények, szilárd tárgyak, gázok, víz vagy levegő hozhatja létre. Mindenhol vannak példák a mechanikai energiára.

a potenciális és a kinetikus energia csak két példa, amit láthatunk vagy megtapasztalhatunk.

példa a potenciális energiára

képzelje el, hogy hazaér a helyi termelői piacról, és a bio finomságok kosara között van egy kövér, lédús, kerek görögdinnye.

a görögdinnyét a konyhapultra helyezi. Most potenciális energiával rendelkezik a konyha padlója feletti magassága és súlya miatt.

ezután véletlenül ütközik a könyökével, amikor kihúz egy üveget a friss bio kávébab tárolására. Tülekedsz, hogy elkapd, amikor a dinnye a pult széle felé gördül. Ez a mozgás energiája.

mivel tele van a kezed egy üveggel és egy zacskó kávéval, a dinnye a padlóra esik (gravitációs erő – a nem konzervatív erő példája), összetörve a kerámia csempe és felrobbant egy gazillion darab. Most” munkát ” végeztek, mert az ütés a dinnyét lédús kása darabokra törte. A szaggatott görögdinnye hangenergiát is létrehoz, amely a korábban tárgyalt energia egyik formája.

példa a kinetikus energiára

forrás

sokan izgatottak vagyunk a tiszta energia miatt, mert jótékony hatással van az éghajlatváltozásra. Választhatunk egy zöld energia tervet, amikor kiválasztunk egy villamosenergia-szolgáltatót, vagy telepíthetünk napelemeket otthonunkba.

amikor zöld energia tervet választunk, ezt az energiát gyakran turbinák állítják elő. Különböző típusú kinetikus energia van, amely a turbinákat villamos energia előállítására készteti.

• szél: A szélturbinapéldául egyfajta megújuló energia technológia, amely energiát generál a légmozgásból. Amikor a szél fúj, körkörös mozdulatokkal forgatja a turbina lapátjait, amely forgás közben elfordítja az áramtermelő hajtótengelyt.
• gőz: Hasonlóképpen, a gőzturbinák nyomást használnak a turbina karjainak mozgatására. A pengék körkörös mozdulatokkal forognak, amikor a gőz fúj, mechanikus energiát használva a forgatótengely forgatásához. A forgatótengely egy generátorhoz van csatlakoztatva, amely a kinetikus energiát elektromos energiává alakítja. Ugyanezt a folyamatot használják a gőzgépek üzemeltetésére.

• víz: a vízenergia a mozgó víz mechanikai energiáját vízturbinákon vagy szivattyús tárolórendszereken keresztül szerzi be. Hasonlóan a szél-vagy gőzturbinákhoz, a vízturbinák az áramló víz mozgási energiáját használják a pengék forgatásához. Másrészt a szivattyús tárolórendszerek különböző magasságú víztározókat használnak a víz oda-vissza mozgatására és vízenergia létrehozására. Mindkét módszer tükrözi a folyók, patakok, vízesések, óceánok, sőt az eső természetesen előforduló mechanikai energiáját.

mechanikai energiapotenciál vagy kinetikus?

kétféle mechanikai energia létezik: mozgás (kinetikus energia) és tárolt energia (potenciális energia). Többet megtudhat útmutatónkban, amely elmagyarázza a potenciális és a kinetikus energiát.

a mechanikai átalakítás attól függ, hogy egy tárgy mennyi potenciális energiával rendelkezik, és mennyi mozgási energiát képes előállítani.

potenciáltól függetlenül azonban a mozgás energiája szerves része a termelő erőnek, és sok energiatermelő forrás nem tudna működni nélküle.

a mechanikai energia a tárgy helyzetétől és mozgásától függ, és teljesítménye a mozgó (mozgási energia) és a tárolt (potenciális) energia összegéből származik. Más szavakkal, amikor egy tárgy potenciális energiáját kombinálják kinetikus energiájával, mechanikai energiát hoz létre.

például egy hullámvasút akkor nyeri a legtöbb gravitációs potenciális energiát, amikor eléri az első csúcsot az út kezdete közelében — ez határozza meg az autók előre hajtására rendelkezésre álló teljes energiát az út időtartama alatt.

amikor az egyik domb vagy hurok tetejére emelkedik, potenciális energiát nyer — minél magasabbra megy, annál több potenciális energiát kap. Amikor lefelé halad, elkezdi átalakítani potenciális energiáját kinetikus energiává. Ahogy a kocsi lefelé mozog a dombon, kinetikus energiája növekszik; ezzel párhuzamosan csökken a potenciális energiája.

néhány példa a potenciális energiával rendelkező tárgyakra: szikla egy szikla szélén, víz egy bedugott kádban, vagy romboló labda, amely lebontásra vár. Mindezek a pozíció energiájában vannak, mielőtt gurulnak, áramlanak vagy lengenek.

a kinetikus energiaforrások olyan mozgásból vagy gravitációs erőkből származnak, mint az óceán hullámai, gőz, áramló víz vagy szél. Ez lehet az az energia is, amikor egy személy fut, ugrik, táncol, autót vezet, dartot dob, vagy bowlinggolyót dob le egy sikátorban.

amikor a szikla leesik egy szikláról, vagy a fürdőkád dugóját eltávolítják, és a víz elkezd rohanni a lefolyóba, ezek a tárgyak vagy források kinetikus energiát nyernek.

ahogy kinetikus energiát gyűjtenek, potenciális energiát veszítenek, és a kettő együtt létrehozza az objektum erőszintjét, sebességét vagy erejét.

minden más energiatípus csak kinetikus vagy potenciális energia lehet-egyszerre, de soha nem egyszerre. Ezért a mechanikai energia az egyetlen energiaforma, amely képes kihasználni a potenciális és a kinetikus energiát, és oda-vissza változik a kettő között.

Hogyan Termel Energiát A Mechanikus Energia?

a mechanikai energiát a potenciális és kinetikus energia beszerzéséből és energiává alakításából állítják elő. Erre példa lehet gőz, víz, szél, gáz vagy folyékony üzemanyagok, amelyek turbinákat működtetnek.

a gépeket gyakran használják más energiaformák előállítására átalakítás útján, mielőtt energiaként felhasználnák őket. Miután a mechanikai energiát egy bizonyos módon megváltoztattuk, felhasználhatjuk azt a kívánt módon, vagy szükségünk van rá a működéshez.

Meg Tudja Spórolni A Mechanikai Energiát?

mechanikus energiát takaríthat meg, ami döntő fontosságú, mert az energia elszökhet, ha használják, és az energia elpazarolható az átalakítási folyamat során.

bizonyos energiaveszteség elkerülhetetlen, ha nem konzervatív vagy megállító erők vagy helyzetek lépnek fel, de az energia elterelése vagy megtakarítása segíthet a maximális hatékonyság elérésében.

a nem hatékony energiaátalakító rendszerek működtetése többe kerül, és hatással lehet az energiaellátó rendszerek hatékonyságára. Például, ha a szélenergiát mechanikai energiává alakítják át egy szélturbina forgatásához, de az átalakítási folyamat a vezetett energia több mint felét elveszíti, a rendszer lassú, időigényesebb és energiapazarlás.

Mi Az Energiaátalakítás?

forrás

az energiaátalakítás sokféle módon történik. Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériuma például egy autó üzemeltetését adja.

az autó bekapcsolása előtt az autó tartályában ülő benzin kémiai potenciális energiát tartalmaz. Amikor a gázt a jármű indítása után elégetik, kémiai energiáról hőenergiára, a hőenergia egyik formájára változik.

a hőenergiát ezután mechanikai energiává alakítják, erő és mozgás (mozgási energia) felhasználásával a jármű mozgatásához.

amint egy autónak már nem kell mozognia vagy egy pillanatra megállnia, fékeket alkalmaznak, amelyek súrlódást, nem konzervatív erőt hoznak létre.

a mechanikai, mozgási energia termikus állapotba kerül, és ismét hőenergia.

a mechanikai energia megőrzésének törvénye szerint, amikor egy rendszer izolálódik, vagy csak konzervatív erőkkel lép kölcsönhatásba, a mechanikai energia állandó.

más szavakkal, az autó folyamatosan megtartja mechanikai energiáját, amíg vagy a benzin elfogy, és a mechanikai energia már nem keletkezik, vagy kölcsönhatásba lép egy nem konzervatív erővel, mint például a fékezés súrlódása, vagy egy oszlop, egy másik jármű vagy épület.

Továbbá, ha egy mozgó tárgy vagy anyag sebessége megváltozik, akkor a kinetikus energia is megváltozik.

az autó esetében, ha lassulna, de tovább haladna, majd csak néhány mérföld / óra sebességgel ütközne egy másik járműbe, az ütközés kisebb lenne, mintha az autó felgyorsulna, és egy másik járműnek ütközne, amikor olyan gyorsan halad, mint az autó.

minél gyorsabb egy autó mozgása, annál több mozgási energiát termel, és annál több energiát fog kifejteni ütközéskor.

néha, amikor a tárgyak nem konzervatív erőkkel, például súrlódással ütköznek, energiát is veszíthetnek.

az ütközés során elvesztett energia mennyisége attól függ, hogy milyen típusú ütközés történt, amikor ez megtörténik.

ha az ütközés vagy kölcsönhatás rugalmas, például egy Slinky játék mozog le a lépcsőn, az energia mennyisége ugyanaz marad, és a tárgy ereje megmarad.

ha az ütközés rugalmatlan, például egy tortilla lapított tésztája egy serpenyőben landol, az energia hőenergiává változik, és nem konzerválódik.

a mechanikai energia mindenütt jelen van

a mozgás energiája mechanikus energia, és szinte mindenben látható, amit az életben teszünk és tapasztalunk. Ez egy baseball játékos lengő denevér, hogy elérje a labdát az egész területen. Egy turmixgépben van, miközben körbejárja, összetöri és liquifying gyümölcsünket, kelkáposztát és jeget egy zöld smoothie-ba. A kerékpár fékpedáljaiban van, mivel súrlódással megállítják a kerekek forgását.

mint egy tárgyban tárolt energia, gyorsan áttérhet a potenciális energiáról a kinetikus energiára, majd esetleg teljesen másfajta energiává alakulhat át, amikor a megőrzés törvénye játékba lép. A mechanikus energia nem olyan technikai, mint amilyennek hangzik. Ez a mindennapi élet része.

hozta neked justenergy.com

az Adobe Stock által licencelt összes kép.
Kiemelt kép: