Energia meccanica: una guida per principianti per l’energia degli oggetti e del movimento

L’energia meccanica è tutto intorno a noi. Che si tratti di un bambino che calcia un pallone da calcio o di un’enorme turbina eolica che ci dà elettricità, non c’è modo di sfuggire a questa forza. Ma cos’è esattamente l’energia meccanica? In questa guida, ti aiuteremo a capire di più sull’energia meccanica, come funziona e produce energia e perché è importante per te (e per tutti noi).

Che cos’è l’energia meccanica e come funziona?

L’energia meccanica è una questione di scienza fisica. È l’energia del movimento, o l’energia di un oggetto che si muove. Tutte le forme di vita e molti sistemi utilizzano l’energia meccanica per funzionare e l’energia del movimento può essere vista nella vita di tutti i giorni. Alcuni esempi sono:

• Un bambino tiene una palla in aria mentre scansiona il campo per lanciarla. Stanno applicando forza (tenendo la palla in alto) ma non hanno ancora esercitato alcuna quantità di lavoro (la forza causa lo spostamento di un oggetto).
• Un bambino calcia una palla (forza esterna) — la forza agisce su di essa, spingendola in avanti.
• Una palla vola attraverso l’aria (energia di movimento), scende (forza gravitazionale), rimbalza da terra per risalire fino a un punto (energia potenziale gravitazionale), poi torna giù e rotola fino a fermarsi.
• Un aereo che accelera lungo la pista rappresenta l’energia del movimento.
• Un aereo in accelerazione che sbatte contro un elicottero trasferisce l’energia cinetica all’altro aereo.
• Un jet privato rallenta per fermarsi quando il pilota applica freni (forza di attrito).

L’energia meccanica (energia cinetica o energia potenziale) è l’energia di un oggetto in movimento o l’energia immagazzinata negli oggetti in base alla loro posizione.

L’energia meccanica è anche un motore delle energie rinnovabili. Molte forme di energia rinnovabile si basano sull’energia meccanica per produrre adeguatamente energia o convertire energia.

Due esempi di energie rinnovabili che dipendono dall’energia meccanica sono l’energia idroelettrica e l’energia eolica.

energia Meccanica è solo una delle diverse forme di energia, che comprendono anche:

• Luce
• Calore
• energia Sonora
• energia Chimica
• energia Elettrica
• energia Nucleare

è Interessante notare che tutte queste forme di energia sono intercambiabili — il trasferimento da uno stato all’altro, a seconda delle circostanze. Questo perché la legge scientifica di conservazione afferma che l’energia non cessa mai di esistere interamente; può solo cambiare da una forma all’altra.

Quali sono alcuni esempi di Energia meccanica?

L’energia meccanica può essere prodotta da esseri viventi, oggetti solidi, gas, acqua o aria. Ci sono esempi di energia meccanica ovunque.

Potenziale ed energia cinetica sono solo due esempi che possiamo vedere o sperimentare.

Un esempio di energia potenziale

Immagina di arrivare a casa dal tuo mercato contadino locale e tra il tuo cesto di chicche biologiche c’è un cocomero grasso, succoso e rotondo.

Si posiziona l’anguria sul bancone della cucina. Ora ha energia potenziale a causa della sua altezza sopra il pavimento della cucina e per il suo peso.

Poi, accidentalmente urtare con il gomito come si tira fuori un barattolo per memorizzare il vostro fresco chicchi di caffè biologico. Ti arrampichi per prenderlo mentre il melone inizia a rotolare verso il bordo del bancone. Questa è l’energia del movimento.

Poiché hai le mani piene con un barattolo e un sacchetto di caffè, il tuo melone cade sul pavimento (forza gravitazionale – un esempio di forza non conservativa), distruggendo la piastrella di ceramica ed esplodendo in un trilione di pezzi. Ora il “lavoro” è stato fatto perché l’impatto ha rotto il melone in pezzi di poltiglia succosa. L’anguria tratteggiata crea anche energia sonora, una delle forme di energia discusse in precedenza.

Un esempio di energia cinetica

fonte

Molti di noi sono entusiasti dell’energia pulita a causa del suo impatto benefico sui cambiamenti climatici. Possiamo scegliere un piano di energia verde quando selezioniamo un fornitore di energia elettrica o potremmo installare pannelli solari nella nostra casa.

Quando scegliamo un piano energetico verde, quell’energia è spesso prodotta dalle turbine. Ci sono diversi tipi di energia cinetica che fanno funzionare le turbine per produrre elettricità.

• Vento: La turbina eolica, ad esempio, è un tipo di tecnologia di energia rinnovabile che genera energia dal movimento dell’aria. Quando il vento soffia, gira le pale della turbina in un movimento circolare, che trasforma un albero di trasmissione che genera elettricità mentre ruota.
• Vapore: Analogamente, le turbine a vapore utilizzano la pressione per muovere i bracci di una turbina. Le lame girano con un movimento circolare mentre il vapore soffia, usando energia meccanica per far girare un albero del rotatore. L’albero del rotatore è collegato ad un generatore che prende l’energia cinetica e la converte in energia elettrica. Questo stesso processo viene utilizzato per azionare motori a vapore.

• Acqua: l’energia idroelettrica acquisisce l’energia meccanica dell’acqua in movimento attraverso turbine idroelettriche o sistemi di accumulo pompato. Proprio come le turbine a vento o a vapore, le turbine idroelettriche utilizzano l’energia cinetica dell’acqua che scorre per far girare le lame. D’altra parte, i sistemi di accumulo pompato utilizzano serbatoi d’acqua a diverse altezze per spostare l’acqua avanti e indietro e creare energia idroelettrica. Entrambi i metodi riflettono le forze energetiche meccaniche naturali di fiumi, torrenti, cascate, oceani e persino pioggia.

L’energia meccanica è potenziale o cinetica?

Esistono due tipi di energia meccanica: movimento (energia cinetica) e immagazzinata (energia potenziale). Puoi saperne di più nella nostra guida che spiega il potenziale e l’energia cinetica.

La conversione meccanica dipende dalla quantità di energia potenziale di un oggetto e da quanta energia cinetica può produrre.

Indipendentemente dal potenziale, tuttavia, l’energia del movimento è parte integrante della produzione di energia e molte fonti generatrici di energia non potrebbero funzionare senza di essa.

L’energia meccanica dipende dalla posizione e dal movimento di un oggetto e la sua potenza deriva dalla somma dell’energia in movimento (energia cinetica) e immagazzinata (potenziale). In altre parole, quando l’energia potenziale di un oggetto è combinata con la sua energia cinetica, crea energia meccanica.

Ad esempio, un ottovolante guadagna la maggior energia potenziale gravitazionale quando raggiunge il primo picco vicino all’inizio della corsa — questo è ciò che stabilisce la quantità totale di potenza disponibile per spingere le auto in avanti per tutta la durata della corsa.

Quando sale in cima a una delle sue colline o loop, guadagna energia potenziale — più alto va, più energia potenziale ottiene. Quando procede in un movimento verso il basso, inizia a convertire la sua energia potenziale in energia cinetica. Mentre il carrello si muove giù per la collina, la sua energia cinetica aumenta; contemporaneamente, la sua energia potenziale diminuisce.

Alcuni esempi di oggetti con energia potenziale sono un masso sul bordo di una scogliera, acqua in una vasca da bagno tappata o una palla da demolizione in attesa di demolire. Tutti questi sono nell’energia della posizione prima che rotolino, scorrano o oscillino.

Le fonti di energia cinetica provengono dal movimento o dalle forze gravitazionali come le onde dell’oceano, il vapore, l’acqua che scorre o il vento. Può anche essere l’energia esercitata quando una persona corre, salta, balla, guida una macchina, o lancia un dardo, o scaglia una palla da bowling lungo un vicolo.

Quando il masso si stacca da una scogliera o il tappo della vasca viene rimosso e l’acqua inizia a precipitare nello scarico, questi oggetti o fonti acquisiscono energia cinetica.

Mentre raccolgono energia cinetica, perdono energia potenziale e insieme creano il livello di forza, velocità o potenza di un oggetto.

Tutti gli altri tipi di energia possono essere solo energia cinetica o energia potenziale — uno alla volta, ma mai contemporaneamente. Pertanto, l’energia meccanica è l’unica forma di energia che può sfruttare l’energia potenziale e cinetica e cambiare avanti e indietro tra entrambi.

In che modo l’energia meccanica produce energia?

L’energia meccanica viene prodotta procurando energia potenziale e cinetica e trasformandola in potenza. Esempi di questo sarebbero vapore, acqua, vento, gas o combustibili liquidi che alimentano le turbine.

Le macchine sono spesso utilizzate per generare altre forme di energia attraverso la conversione prima di essere utilizzate come potenza. Una volta che l’energia meccanica è cambiata in un certo modo, possiamo usarla nel modo in cui vogliamo o abbiamo bisogno che funzioni.

Si può risparmiare energia meccanica?

È possibile risparmiare energia meccanica, che è fondamentale perché l’energia può sfuggire quando viene utilizzata e la potenza può essere sprecata durante il processo di conversione.

Alcune perdite di energia sono inevitabili quando si verificano forze o situazioni non conservative o di arresto, ma deviare o conservare l’energia può aiutare a raggiungere la massima efficienza.

I sistemi di conversione energetica inefficienti costano di più per funzionare e possono influire sull’efficienza dei sistemi di alimentazione. Ad esempio, se l’energia eolica viene convertita in energia meccanica per trasformare una turbina eolica, ma il processo di conversione perde più della metà dell’energia condotta, il sistema è lento, più dispendioso in termini di tempo e spreco di energia.

Che cosa è la conversione di energia?

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Conversione di energia avviene in molti modi diversi. Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti dà il funzionamento di una macchina, per esempio.

La benzina che si trova in un serbatoio dell’auto prima che l’auto sia accesa contiene energia potenziale chimica. Quando il gas viene bruciato dopo l’avvio del veicolo, viene cambiato da energia chimica in energia termica, una forma di energia termica.

L’energia termica viene quindi convertita in energia meccanica, utilizzando forza e movimento (energia cinetica) per spostare il veicolo.

Una volta che una macchina non ha più bisogno di muoversi o si ferma momentaneamente, vengono applicati i freni che creano attrito, una forza non conservativa.

L’energia cinetica meccanica viene trasformata nuovamente in uno stato termico ed è ancora una volta energia termica.

Secondo la legge di conservazione dell’energia meccanica, quando un sistema è isolato o interagisce solo con forze conservative, l’energia meccanica è costante.

In altre parole, l’auto manterrà la sua energia meccanica costantemente fino a quando la benzina si esaurisce e l’energia meccanica non viene più prodotta, o interagisce con una forza non conservativa come l’attrito dalla frenata o un palo, un altro veicolo o un edificio.

Inoltre, se la velocità di un oggetto in movimento o di un materiale cambia, l’energia cinetica cambia insieme ad essa.

Nel caso dell’auto, se dovesse rallentare ma continuare a guidare e poi schiantarsi contro un altro veicolo a poche miglia all’ora, l’impatto sarebbe inferiore se l’auto accelerasse e colpisse un altro veicolo durante la guida veloce come l’auto potrebbe andare.

Più veloce è il movimento di un’auto, maggiore è l’energia cinetica che produce e maggiore sarà la potenza che eserciterà al momento dell’impatto.

A volte quando gli oggetti si scontrano con forze non conservative come l’attrito, possono anche perdere energia.

La quantità di energia persa in una collisione dipenderà dal tipo di collisione riscontrato quando ciò accade.

Se la collisione o l’interazione è elastica, come un giocattolo Slinky che si muove lungo una scala, la quantità di energia rimarrà la stessa e la potenza dell’oggetto sarà conservata.

Se la collisione è anelastica, come la pasta appiattita di una tortilla che atterra su una padella, l’energia verrà trasformata in energia termica e non viene conservata.

L’energia meccanica è ovunque

L’energia del movimento è energia meccanica e può essere vista in quasi tutto ciò che facciamo e sperimentiamo nella vita. E ‘ un giocatore di baseball oscillare una mazza per colpire la palla attraverso il campo. È in un frullatore mentre gira intorno, schiacciando e liquificando la nostra frutta, cavolo e ghiaccio in un frullato verde. È nei pedali del freno di una bici mentre usano l’attrito per fermare le ruote che girano.

Come energia immagazzinata in un oggetto, può passare rapidamente dall’energia potenziale all’energia cinetica, per poi trasformarsi in un diverso tipo di energia quando entra in gioco la legge di conservazione. L’energia meccanica non è così tecnica come sembra. Fa parte della vita di tutti i giorni.

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