mechanische energie: een beginnersgids voor de energie van objecten en beweging

mechanische energie is overal om ons heen. Of het nu een kind is die een voetbal trapt of een enorme windturbine die ons elektriciteit geeft, er is geen ontkomen aan deze kracht. Maar wat is mechanische energie precies? In deze gids helpen we je meer te begrijpen over mechanische energie, hoe het werkt en kracht produceert, en waarom het belangrijk is voor jou (en ons allemaal).

Wat is mechanische energie en hoe werkt deze? Mechanische energie is een zaak van de fysica. Het is de energie van beweging, of de energie van een bewegend object. Alle levensvormen en vele systemen gebruiken mechanische energie om te functioneren, en de energie van beweging is te zien in het dagelijks leven. Een paar voorbeelden zijn:

• een kind houdt een bal in de lucht terwijl ze het veld scannen om het te gooien. Ze oefenen kracht uit (houden de bal omhoog) maar hebben nog geen enkele hoeveelheid werk uitgeoefend (kracht veroorzaakt verplaatsing van een object).
• een kind schopt een bal (externe kracht) — de kracht werkt op de bal en drijft de bal naar voren.
• een bal vliegt door de lucht (bewegingsenergie), daalt af (gravitatiekracht), stuitert van de grond om weer omhoog te gaan naar een punt (gravitatiepotentiaalenergie), komt dan terug naar beneden en rolt tot stilstand.
• een vliegtuig dat over de baan rijdt, vertegenwoordigt de bewegingsenergie.
• een snel rijdend vliegtuig dat tegen een helikopter botst, brengt kinetische energie over op het andere vliegtuig.
• een privéjet vertraagt om te stoppen wanneer de piloot remt (wrijvingskracht).

mechanische energie (kinetische energie of potentiële energie) is de energie van een bewegend object of de energie die in objecten wordt opgeslagen door hun positie.

mechanische energie is ook een drijvende kracht achter hernieuwbare energie. Veel vormen van hernieuwbare energie zijn afhankelijk van mechanische energie om voldoende energie te produceren of energie om te zetten.

twee voorbeelden van hernieuwbare energie die afhankelijk zijn van mechanische energie zijn waterkracht en windenergie.

mechanische energie is slechts een van de vele vormen van energie, waaronder::

• licht
• warmte
• geluidsenergie
• chemische energie
• elektrische energie
• Kernenergie

interessant is dat al deze vormen van energie onderling verwisselbaar zijn — van de ene toestand naar de andere worden overgebracht, afhankelijk van de omstandigheden. Dat komt omdat de wetenschappelijke wet van behoud stelt dat energie nooit helemaal ophoudt te bestaan; het kan alleen veranderen van de ene vorm naar de andere.

Wat zijn enkele voorbeelden van mechanische energie?

mechanische energie kan worden geproduceerd door levende dingen, vaste voorwerpen, gassen, water of lucht. Er zijn overal voorbeelden van mechanische energie.

potentiële en kinetische energie zijn slechts twee voorbeelden die we kunnen zien of ervaren.

een voorbeeld van potentiële energie

stel je voor dat je thuis komt van je lokale boerenmarkt en onder je mand met biologische lekkernijen zit een vette, sappige, ronde watermeloen.

u plaatst de watermeloen op uw aanrecht. Het heeft nu potentiële energie vanwege de hoogte boven de keukenvloer en vanwege het gewicht.

vervolgens botst u per ongeluk met uw elleboog terwijl u een pot uittrekt om uw verse biologische koffiebonen op te slaan. Je klautert om het te vangen als de meloen begint te rollen naar de rand van de toonbank. Dit is de energie van beweging.

omdat je je handen vol hebt met een pot en een zak koffie, valt je meloen op de vloer (gravitatiekracht – een voorbeeld van niet-conservatieve kracht), knalt tegen de keramische tegels en explodeert tot een triljoen stukjes. Nu is “werk” gedaan omdat de impact de meloen brak in stukjes sappige brij. De gestreepte watermeloen creëert ook geluidsenergie, een van de eerder besproken vormen van energie.

een voorbeeld van kinetische energie

bron

velen van ons zijn enthousiast over schone energie vanwege het gunstige effect ervan op de klimaatverandering. We kunnen kiezen voor een groen energieplan wanneer we een elektriciteitsleverancier selecteren of we kunnen zonnepanelen in ons huis installeren.

wanneer we een groen energieplan kiezen, wordt die energie vaak geproduceerd door turbines. Er zijn verschillende soorten kinetische energie die de turbines laten werken om elektriciteit te produceren.

• Wind: De windturbine is bijvoorbeeld een soort hernieuwbare energietechnologie die energie genereert uit luchtbewegingen. Wanneer de wind waait, draait het de bladen van de turbine in een cirkelvormige beweging, die een elektriciteit genererende aandrijfas draait als het draait. Stoom: stoomturbines maken eveneens gebruik van druk om de armen van een turbine te bewegen. De messen draaien in een cirkelvormige beweging als de stoom waait, met behulp van mechanische energie om een rotator as draaien. De rotator as is aangesloten op een generator die de kinetische energie neemt en zet het in elektrische energie. Hetzelfde proces wordt gebruikt om stoommachines te bedienen.

• Water: waterkracht verwerft de mechanische energie van stromend water via waterturbines of pompaccumulatiesystemen. Net als wind-of stoomturbines gebruiken hydro-turbines de kinetische energie van stromend water om bladen te draaien. Anderzijds gebruiken pompaccumulatiesystemen waterreservoirs op verschillende hoogtes om water heen en weer te bewegen en waterkracht te genereren. Beide methoden weerspiegelen de natuurlijk voorkomende mechanische energiekrachten van rivieren, beken, watervallen, oceanen en zelfs regen.

Is mechanisch energiepotentieel of kinetisch?

er zijn twee soorten mechanische energie: beweging (kinetische energie) en opslag (potentiële energie). U kunt meer te weten komen in onze gids die potentiële en kinetische energie uitlegt. De mechanische conversie is afhankelijk van de hoeveelheid potentiële energie die een object heeft en hoeveel kinetische energie het kan produceren.

ongeacht het potentieel is de bewegingsenergie echter een integraal onderdeel van het opwekken van energie, en veel energieopwekkers zouden zonder deze energie niet kunnen presteren. Mechanische energie is afhankelijk van de positie en beweging van een object, en het vermogen komt van de som van bewegende (kinetische energie) en opgeslagen (potentiële) energie. Met andere woorden, wanneer de potentiële energie van een object wordt gecombineerd met zijn kinetische energie, creëert het mechanische energie.

bijvoorbeeld, een achtbaan krijgt de meeste potentiële gravitatieenergie wanneer hij de eerste piek in de buurt van het begin van de rit bereikt — dat is wat de totale hoeveelheid beschikbare vermogen om de auto ‘ s vooruit te stuwen voor de duur van de rit bepaalt.

wanneer het klimt naar de top van een van zijn heuvels of lussen, wint het potentiële energie — hoe hoger het gaat, hoe meer potentiële energie het krijgt. Wanneer het overgaat in een neerwaartse beweging, begint het zijn potentiële energie om te zetten in kinetische energie. Als de kar de heuvel af beweegt, neemt zijn kinetische energie toe; tegelijkertijd neemt zijn potentiële energie af.

enkele voorbeelden van objecten met potentiële energie zijn een rotsblok aan de rand van een klif, water in een afgesloten badkuip, of een sloopkogel die wacht om te slopen. Al deze zijn in de energie van positie voordat ze rollen, stromen, of swing.

kinetische energiebronnen komen voort uit beweging of gravitatiekrachten zoals oceaangolven, stoom, stromend water of wind. Het kan ook de energie die wordt uitgeoefend wanneer een persoon loopt, springt, danst, rijdt een auto, of gooit een dart, of gooit een bowlingbal in een steeg.

wanneer het rotsblok van een klif rolt of de badplug wordt verwijderd en het water door de afvoer begint te stromen, winnen deze voorwerpen of bronnen kinetische energie op.

als ze kinetische energie verzamelen, verliezen ze potentiële energie, en samen creëren ze het niveau van kracht, snelheid of vermogen van een object.

alle andere energiesoorten kunnen alleen kinetische energie of potentiële energie zijn-één voor één, maar nooit gelijktijdig. Daarom is mechanische energie de enige vorm van energie die potentieel en kinetische energie kan benutten en heen en weer kan veranderen tussen beide.

Hoe Produceert Mechanische Energie Vermogen?

mechanische energie wordt geproduceerd door potentiële en kinetische energie te betrekken en om te zetten in energie. Voorbeelden hiervan zijn stoom, water, wind, gas of vloeibare brandstoffen die turbines aandrijven.

Machines worden vaak gebruikt om andere vormen van energie op te wekken door omzetting voordat ze als vermogen worden gebruikt. Zodra mechanische energie op een bepaalde manier is veranderd, kunnen we het gebruiken zoals we het willen of nodig hebben om te werken.

Kunt U Mechanische Energie Besparen?

u kunt mechanische energie besparen, wat van cruciaal belang is omdat energie kan ontsnappen bij gebruik en stroom kan worden verspild tijdens het conversieproces.

enig energieverlies is onvermijdelijk wanneer zich niet-conservatieve of stopkrachten of situaties voordoen, maar het omleiden of besparen van energie kan bijdragen tot het bereiken van een maximale efficiëntie. Inefficiënte energieomzettingssystemen kosten meer om te draaien en kunnen de efficiëntie van energiesystemen beïnvloeden. Bijvoorbeeld, als windenergie wordt omgezet in mechanische energie om een windturbine te draaien, maar het conversieproces verliest meer dan de helft van de uitgevoerde energie, het systeem is traag, meer tijdrovend, en energieverspilling.

Wat Is Energieconversie?

bron

energieomzetting vindt op veel verschillende manieren plaats. Het Amerikaanse Ministerie van energie geeft de werking van een auto, bijvoorbeeld.

benzine die in een tank van een auto zit voordat de auto wordt ingeschakeld, bevat chemische potentiële energie. Wanneer het gas wordt verbrand nadat het voertuig is gestart, wordt het omgezet van chemische energie in thermische energie, een vorm van warmte-energie.

de thermische energie wordt vervolgens omgezet in mechanische energie met behulp van kracht en beweging (kinetische energie) om het voertuig te bewegen.

zodra een auto niet meer hoeft te bewegen of even stilstaat, worden remmen toegepast waardoor wrijving ontstaat, een niet-conservatieve kracht.

de mechanische kinetische energie wordt weer omgezet in een thermische toestand en is weer warmte-energie.

volgens de wet van behoud van mechanische energie is de mechanische energie constant wanneer een systeem geïsoleerd is of alleen met conservatieve krachten samenwerkt.

met andere woorden, de AUTO behoudt zijn mechanische energie constant totdat de benzine opraakt en de mechanische energie niet meer wordt geproduceerd, of het interageert met een niet-conservatieve kracht zoals wrijving van het remmen of een paal, een ander voertuig of gebouw.

indien de snelheid van een bewegend voorwerp of materiaal verandert, verandert ook de kinetische energie mee.

in het geval van de auto zou de botsing minder groot zijn dan wanneer de auto sneller reed en een ander voertuig raakte wanneer de auto zo snel Reed als de auto kon.

hoe sneller een auto beweegt, hoe meer kinetische energie het produceert en hoe meer vermogen het zal uitoefenen bij de botsing.

soms kunnen objecten die botsen met niet-conservatieve krachten zoals wrijving, ook energie verliezen.

de hoeveelheid energie die verloren gaat bij een botsing hangt af van het type botsing dat zich daarbij heeft voorgedaan.

als de botsing of interactie elastisch is, zoals een Slinky speeltje dat van een trap af beweegt, blijft de hoeveelheid energie gelijk en blijft de kracht van het object behouden.

als de botsing niet elastisch is, zoals het afgeplatte deeg van een tortilla die op een koekenpan landt, wordt de energie omgezet in thermische energie en wordt deze niet geconserveerd.

mechanische energie Is overal

de energie van beweging is mechanische energie en kan worden gezien in zowat alles wat we doen en ervaren in het leven. Het is een honkbalspeler die met een knuppel zwaait om de bal over het veld te slaan. Het zit in een blender terwijl het rondsnuffelt, ons fruit, boerenkool en ijs vermalen en vloeibaar maken tot een groene smoothie. Het zit in de rempedalen van een fiets als ze wrijving gebruiken om te voorkomen dat de wielen draaien.

als energie die in een object is opgeslagen, kan het snel van potentiële energie naar kinetische energie gaan, en dan mogelijk in een ander soort energie veranderen naarmate de wet van behoud in het spel komt. Mechanische energie is niet zo technisch als het klinkt. Het is een deel van het dagelijks leven.

aangeboden door justenergy.com

alle afbeeldingen met een licentie van Adobe Stock.
aanbevolen afbeelding: