mechanical Energy: a Beginner ‘ s Guide to the Energy of Objects and Motion

mechanical energy is all around us. Bez względu na to, czy jest to dzieciak kopiący piłkę nożną, czy potężna turbina wiatrowa dająca nam energię elektryczną, nie ma ucieczki przed tą siłą. Ale czym dokładnie jest energia mechaniczna? W tym przewodniku pomożemy Ci zrozumieć więcej na temat energii mechanicznej, jak działa i wytwarza energię oraz dlaczego ma znaczenie dla Ciebie (i dla nas wszystkich).

czym jest energia mechaniczna i jak działa?

energia mechaniczna jest kwestią nauk fizycznych. To energia ruchu, czyli energia poruszającego się obiektu. Wszystkie formy życia i wiele systemów wykorzystują energię mechaniczną do działania, a energię ruchu można zobaczyć w codziennym życiu. Kilka przykładów to:

• dziecko trzyma piłkę w powietrzu, gdy skanuje pole, aby ją rzucić. Stosują siłę (trzymając piłkę do góry), ale nie wykonują jeszcze żadnej pracy (siła powoduje przemieszczenie obiektu).
• dziecko kopie piłkę (siła zewnętrzna) — siła działa na nią, napędzając ją do przodu.
• piłka leci w powietrzu (energia ruchu), schodzi (siła grawitacji), odbija się od ziemi, aby ponownie podnieść się do punktu (energia potencjalna grawitacji), a następnie wraca w dół i zatrzymuje się.
• rozpędzony po pasie startowym samolot reprezentuje energię ruchu.
• rozpędzony samolot uderzający w śmigłowiec przenosi energię kinetyczną na drugi samolot.
• prywatny odrzutowiec zwalnia, aby zatrzymać się, gdy pilot naciska hamulce (siła tarcia).

energia mechaniczna (energia kinetyczna lub energia potencjalna) to energia obiektu w ruchu lub energia, która jest przechowywana w obiektach przez ich położenie.

energia mechaniczna jest również motorem energii odnawialnej. Wiele form energii odnawialnej opiera się na energii mechanicznej, aby odpowiednio wytwarzać energię lub przetwarzać energię.

dwa przykłady energii odnawialnej, które zależą od energii mechanicznej, to energia wodna i energia wiatrowa.

energia mechaniczna jest tylko jedną z kilku form energii, do których należą również:

• światło
• ciepło
• Energia dźwięku
• energia chemiczna
• energia elektryczna
• energia jądrowa

co ciekawe, wszystkie te formy energii są wymienne — przenoszą się z jednego stanu do drugiego, w zależności od okoliczności. To dlatego, że naukowe prawo zachowania stwierdza, że energia nigdy nie przestaje istnieć całkowicie; może tylko zmieniać się z jednej formy do drugiej.

jakie są przykłady energii mechanicznej?

energia mechaniczna może być wytwarzana przez istoty żywe, obiekty stałe, gazy, wodę lub powietrze. Wszędzie są przykłady energii mechanicznej.

energia potencjalna i kinetyczna to tylko dwa przykłady, które możemy zobaczyć lub doświadczyć.

przykład energii potencjalnej

wyobraź sobie, że wracasz do domu z lokalnego rynku rolniczego, a wśród Twojego koszyka ekologicznych smakołyków jest gruby, soczysty, okrągły arbuz.

arbuza kładziesz na kuchennym blacie. Teraz ma energię potencjalną ze względu na swoją wysokość nad podłogą kuchenną i ze względu na swoją wagę.

następnie przypadkowo uderzasz łokciem, wyciągając słoik do przechowywania świeżych organicznych ziaren kawy. Mieszasz się, aby go złapać, gdy melon zaczyna toczyć się w kierunku krawędzi Lady. To jest energia ruchu.

ponieważ masz pełne ręce roboty ze słoikiem i torebką kawy, Twój melon spada na podłogę (Siła grawitacyjna – przykład siły niekonserwatywnej), rozbijając się o ceramiczną płytkę i eksplodując na miliard kawałków. Teraz” praca ” została wykonana, ponieważ uderzenie rozbiło melon na kawałki soczystej papki. Przerywany arbuz tworzy również energię dźwięku, jedną z form energii omawianych wcześniej.

przykład energii kinetycznej

źródło

wielu z nas jest podekscytowanych czystą energią ze względu na jej korzystny wpływ na zmiany klimatu. Możemy wybrać plan zielonej energii, gdy wybierzemy dostawcę energii elektrycznej lub możemy zainstalować panele słoneczne w naszym domu.

kiedy wybieramy Plan zielonej energii, ta energia jest często wytwarzana przez turbiny. Istnieją różne rodzaje energii kinetycznej, które sprawiają, że turbiny pracują do produkcji energii elektrycznej.

• wiatr: Na przykład turbina wiatrowa jest rodzajem technologii energii odnawialnej, która generuje energię z ruchu powietrza. Kiedy wiatr wieje, obraca łopatki turbiny ruchem okrężnym, który obraca wał napędowy wytwarzający energię elektryczną.
• para: podobnie turbiny parowe wykorzystują ciśnienie do poruszania ramion turbiny. Ostrza obracają się w ruchu kołowym, gdy para wieje, wykorzystując energię mechaniczną do obracania wału rotatora. Wał rotatora jest połączony z generatorem, który pobiera energię kinetyczną i zamienia ją na energię elektryczną. Ten sam proces jest wykorzystywany do obsługi silników parowych.

• woda: energia wodna nabywa energię mechaniczną przepływu wody przez turbiny wodne lub systemy pompowe. Podobnie jak turbiny wiatrowe lub parowe, turbiny wodne wykorzystują energię kinetyczną płynącej wody do wirowania łopatek. Z drugiej strony, systemy pompowe wykorzystują zbiorniki wodne na różnych wysokościach, aby przenosić wodę tam iz powrotem i tworzyć energię hydroelektryczną. Obie metody odzwierciedlają naturalnie występujące mechaniczne siły energetyczne rzek, strumieni, wodospadów, oceanów, a nawet deszczu.

czy energia mechaniczna jest potencjalna czy kinetyczna?

istnieją dwa rodzaje energii mechanicznej-ruch (energia kinetyczna) i zmagazynowana (energia potencjalna). Możesz dowiedzieć się więcej w naszym przewodniku, który wyjaśnia energię potencjalną i kinetyczną.

konwersja mechaniczna zależy od ilości energii potencjalnej obiektu i ilości energii kinetycznej, jaką może wytworzyć.

niezależnie od potencjału, jednak energia ruchu jest integralną częścią wytwarzania energii i wiele źródeł energii nie mogłoby się bez niej obejść.

energia mechaniczna zależy od położenia i ruchu obiektu, a jej moc pochodzi z sumy poruszającej się (energii kinetycznej) i zmagazynowanej (potencjalnej) energii. Innymi słowy, kiedy energia potencjalna obiektu jest połączona z jego energią kinetyczną, tworzy energię mechaniczną.

na przykład kolejka górska zyskuje największą potencjalną energię grawitacyjną, gdy osiągnie pierwszy szczyt w pobliżu początku jazdy — to określa całkowitą ilość mocy dostępnej do napędzania samochodów na czas jazdy.

wchodząc na szczyt jednego ze wzgórz lub pętli, zyskuje energię potencjalną — im wyżej idzie, tym więcej energii potencjalnej dostaje. Kiedy przechodzi w ruch w dół, zaczyna przekształcać swoją energię potencjalną w energię kinetyczną. Gdy wózek porusza się w dół wzgórza, jego energia kinetyczna wzrasta, a jednocześnie zmniejsza się energia potencjalna.

niektóre przykłady obiektów o energii potencjalnej to głaz na krawędzi klifu, woda w wannie z wtyczką lub kula niszcząca czekająca na wyburzenie. Wszystkie one są w energii pozycji, zanim się toczą, przepływają lub huśtają.

źródła energii kinetycznej pochodzą z ruchu lub sił grawitacyjnych, takich jak fale oceaniczne, para wodna, płynąca woda lub wiatr. Może to być również energia wywierana, gdy osoba biegnie, skacze, tańczy, prowadzi samochód lub rzuca strzałką lub rzuca kulą do kręgli w dół alei.

kiedy głaz schodzi z klifu lub usuwa się wtyczkę wanny i woda zaczyna spływać do odpływu, te obiekty lub źródła zyskują energię kinetyczną.

gdy zbierają energię kinetyczną, tracą energię potencjalną i razem tworzą poziom siły, prędkości lub mocy obiektu.

wszystkie inne rodzaje energii mogą być tylko energią kinetyczną lub energią potencjalną-pojedynczo, ale nigdy jednocześnie. Dlatego energia mechaniczna jest jedyną formą energii, która może wykorzystać energię potencjalną i kinetyczną i zmieniać się między nimi.

W Jaki Sposób Energia Mechaniczna Wytwarza Energię?

energia mechaniczna jest wytwarzana przez pozyskiwanie energii potencjalnej i kinetycznej i przekształcanie jej w moc. Przykładem może być para wodna, woda, wiatr, gaz lub paliwa płynne, które napędzają turbiny.

maszyny są często używane do generowania innych form energii poprzez konwersję, zanim zostaną użyte jako moc. Gdy energia mechaniczna zostanie zmieniona w określony sposób, możemy jej użyć tak, jak chcemy lub potrzebujemy, aby działała.

Czy Można Oszczędzać Energię Mechaniczną?

możesz oszczędzać energię mechaniczną, co jest kluczowe, ponieważ energia może uciec po zużyciu, a moc może zostać zmarnowana podczas procesu konwersji.

niektóre straty energii są nieuniknione, gdy występują siły lub sytuacje niekonserwatywne lub zatrzymujące, ale przekierowanie lub oszczędzanie energii może pomóc w osiągnięciu maksymalnej wydajności.

nieefektywne systemy konwersji energii kosztują więcej i mogą wpływać na wydajność systemów energetycznych. Na przykład, jeśli energia wiatrowa jest przekształcana w energię mechaniczną, aby przekształcić turbinę wiatrową, ale proces konwersji traci ponad połowę energii prowadzonej, system jest powolny, bardziej czasochłonny i marnuje energię.

Co To Jest Konwersja Energii?

źródło

Konwersja energii odbywa się na wiele różnych sposobów. Departament Energii Stanów Zjednoczonych podaje na przykład działanie samochodu.

Benzyna siedząc w zbiorniku samochodu przed włączeniem samochodu posiada chemiczną energię potencjalną. Kiedy gaz jest spalany po uruchomieniu pojazdu, zmienia się z energii chemicznej w energię cieplną, formę energii cieplnej.

energia cieplna jest następnie przekształcana w energię mechaniczną, wykorzystując siłę i ruch (energię kinetyczną) do poruszania pojazdu.

gdy samochód nie musi się już poruszać lub zatrzymywać na chwilę, stosuje się hamulce, które powodują tarcie, siłę niekonserwatywną.

mechaniczna, kinetyczna energia jest przekształcana z powrotem w stan cieplny i jest ponownie energią cieplną.

zgodnie z prawem zachowania energii mechanicznej, gdy układ jest izolowany lub oddziałuje tylko z siłami zachowawczymi, energia mechaniczna jest stała.

innymi słowy, samochód będzie stale zachowywał swoją energię mechaniczną, dopóki Benzyna nie wyczerpie się i energia mechaniczna nie zostanie już Wyprodukowana, lub będzie oddziaływać z siłą niekonserwatywną, taką jak tarcie od hamowania lub słupa, innego pojazdu lub budynku.

co więcej, jeśli zmienia się prędkość poruszającego się obiektu lub materiału, zmienia się wraz z nim energia kinetyczna.

w przypadku samochodu, gdyby zwolnił, ale kontynuował jazdę, a następnie uderzył w inny pojazd z prędkością zaledwie kilku mil na godzinę, uderzenie byłoby mniejsze niż gdyby samochód przyspieszył i uderzył w inny pojazd podczas jazdy tak szybko, jak samochód mógł jechać.

im szybszy ruch samochodu, tym więcej energii kinetycznej wytwarza i tym więcej mocy wywiera na uderzenie.

czasami, gdy obiekty zderzają się z siłami niekonserwatywnymi, takimi jak tarcie, mogą również stracić energię.

ilość energii utraconej w kolizji będzie zależeć od tego, jaki rodzaj kolizji został napotkany, gdy tak się stanie.

jeśli kolizja lub interakcja jest elastyczna, na przykład smukła zabawka poruszająca się po schodach, ilość energii pozostanie taka sama, a moc obiektu zostanie zachowana.

jeśli kolizja jest nieelastyczna, taka jak spłaszczone ciasto tortilli lądujące na patelni, energia zostanie zamieniona na energię cieplną i nie zostanie zachowana.

energia mechaniczna jest wszędzie

energia ruchu jest energią mechaniczną i można ją zobaczyć prawie we wszystkim, co robimy i doświadczamy w życiu. To baseballista wymachujący kijem, aby uderzyć piłkę po boisku. Jest w blenderze, gdy wiruje, kruszy i upłynnia nasze owoce, jarmuż i lód na zielony smoothie. Jest w pedałach hamulcowych roweru, ponieważ wykorzystują tarcie, aby zatrzymać obracanie się kół.

jako energia przechowywana w obiekcie, może szybko przejść z energii potencjalnej do energii kinetycznej, a następnie ewentualnie przekształcić się w zupełnie inny rodzaj energii, gdy wchodzi w grę prawo zachowania. Energia mechaniczna nie jest tak techniczna, jak się wydaje. To część codziennego życia.

justenergy.com

Wszystkie obrazy na licencji Adobe Stock.
Polecane zdjęcie: