energie mecanică: Ghidul începătorului pentru energia obiectelor și a mișcării

energia mecanică este peste tot în jurul nostru. Fie că este un copil lovind o minge de fotbal sau o turbină eoliană masivă care ne dă electricitate, nu există scăpare de această forță. Dar ce este exact energia mecanică? În acest ghid, vă vom ajuta să înțelegeți mai multe despre energia mecanică, cum funcționează și produce energie și de ce contează pentru dvs. (și pentru noi toți).

ce este energia mecanică și cum funcționează?

energia mecanică este o chestiune de știință fizică. Este energia mișcării sau energia unui obiect care se mișcă. Toate formele de viață și multe sisteme folosesc energie mecanică pentru a funcționa, iar energia mișcării poate fi văzută în viața de zi cu zi. Câteva exemple sunt:

• un copil ține o minge în aer în timp ce scanează câmpul pentru a o arunca. Ei aplică forța (ținând mingea în sus), dar nu au exercitat încă nicio cantitate de muncă (forța provoacă deplasarea unui obiect).
• un copil lovește o minge (forță externă) — forța acționează asupra ei, propulsând-o înainte.
• o minge zboară prin aer (energia mișcării), coboară (forța gravitațională), sare de pe sol pentru a urca din nou într-un punct (energia potențială gravitațională), apoi se întoarce și se oprește.
• un avion care coboară rapid pe pistă reprezintă energia mișcării.
• un avion cu viteză care se izbește de un elicopter transferă energia cinetică către cealaltă aeronavă.
• un avion privat încetinește să se oprească atunci când pilotul acționează frânele (forța de frecare).

energia mecanică (energia cinetică sau energia potențială) este energia fie a unui obiect în mișcare, fie a energiei stocate în obiecte prin poziția lor.

energia mecanică este, de asemenea, un motor al energiei regenerabile. Multe forme de energie regenerabilă se bazează pe energie mecanică pentru a produce în mod adecvat energie sau pentru a converti energie.

două exemple de energie regenerabilă care depind de energia mecanică sunt hidroenergia și energia eoliană.

energia mecanică este doar una dintre mai multe forme de energie, care includ, de asemenea:

• lumină
• căldură
• energie sonoră
• energie chimică
• energie electrică
• energie nucleară

interesant, toate aceste forme de energie sunt interschimbabile — transferându-se de la o stare la alta, în funcție de circumstanțe. Asta pentru că legea științifică a conservării afirmă că energia nu încetează niciodată să existe în întregime; se poate schimba doar de la o formă la alta.

care sunt câteva exemple de energie mecanică?

energia mecanică poate fi produsă de viețuitoare, obiecte solide, gaze, apă sau aer. Există exemple de energie mecanică peste tot.

potențialul și energia cinetică sunt doar două exemple pe care le putem vedea sau experimenta.

un exemplu de energie potențială

Imaginați-vă că ajungeți acasă de pe piața fermierului local și printre coșul dvs. de bunătăți organice se află un pepene verde gras, suculent și rotund.

puneți pepene verde pe blatul de bucătărie. Acum are energie potențială datorită înălțimii sale deasupra podelei bucătăriei și datorită greutății sale.

apoi, îl lovești accidental cu cotul în timp ce scoți un borcan pentru a păstra boabele de cafea organice proaspete. Te zbați să-l prinzi în timp ce pepenele începe să se rostogolească spre marginea tejghelei. Aceasta este energia mișcării.

pentru că ai mâinile pline cu un borcan și o pungă de cafea, pepenele tău cade pe podea (forța gravitațională – un exemplu de forță neconservatoare), zdrobindu-se în țiglă ceramică și explodând într-un gazillion de bucăți. Acum s-a făcut” muncă”, deoarece impactul a rupt pepenele în bucăți de ciuperci suculente. Pepenele tăiat creează, de asemenea, energie sonoră, una dintre formele de energie discutate mai devreme.

un exemplu de energie cinetică

sursă

mulți dintre noi sunt încântați de energia curată datorită impactului său benefic asupra schimbărilor climatice. Putem alege un plan de energie verde atunci când selectăm un furnizor de energie electrică sau putem instala panouri solare în casa noastră.

când alegem un plan de energie verde, acea energie este adesea produsă de turbine. Există diferite tipuri de energie cinetică care fac ca turbinele să funcționeze pentru a produce electricitate.

• vânt: Turbina eoliană, de exemplu, este un tip de tehnologie de energie regenerabilă care generează energie din mișcarea aerului. Când bate vântul, învârte lamele turbinei într-o mișcare circulară, care transformă un arbore de antrenare generator de energie electrică pe măsură ce se rotește.
• abur: în mod similar, turbinele cu abur utilizează presiunea pentru a mișca brațele unei turbine. Lamele se rotesc într-o mișcare circulară pe măsură ce aburul suflă, folosind energie mecanică pentru a roti un arbore rotator. Arborele rotator este conectat la un generator care preia energia cinetică și o transformă în energie electrică. Același proces este utilizat pentru a opera motoarele cu aburi.

• apa: hidroenergia dobândește energia mecanică a apei în mișcare prin turbine hidro sau sisteme de stocare pompate. La fel ca turbinele eoliene sau cu abur, turbinele hidro folosesc energia cinetică a apei curgătoare pentru a roti lamele. Pe de altă parte, sistemele de stocare pompate folosesc rezervoare de apă la diferite altitudini pentru a muta apa înainte și înapoi și pentru a crea energie hidroelectrică. Ambele metode reflectă forțele energetice mecanice naturale ale râurilor, pârâurilor, cascadelor, oceanelor și chiar ploii.

este energia mecanică potențială sau cinetică?

există două tipuri de energie mecanică-mișcare (energie cinetică) și stocată (energie potențială). Puteți afla mai multe în ghidul nostru care explică energia potențială și cinetică.

conversia Mecanică depinde de cantitatea de energie potențială pe care o are un obiect și de câtă energie cinetică poate produce.

indiferent de potențial, totuși, energia mișcării este o parte integrantă a producerii de energie și multe surse generatoare de energie nu ar putea funcționa fără ea.

energia mecanică depinde de poziția și mișcarea unui obiect, iar puterea sa provine din suma energiei în mișcare (energie cinetică) și a energiei stocate (potențial). Cu alte cuvinte, atunci când energia potențială a unui obiect este combinată cu energia sa cinetică, creează energie mecanică.

de exemplu, un roller coaster câștigă cea mai mare energie potențială gravitațională atunci când atinge primul vârf aproape de începutul călătoriei — asta stabilește cantitatea totală de putere disponibilă pentru a propulsa mașinile înainte pe durata călătoriei.

când urcă în vârful unuia dintre dealurile sau buclele sale, câștigă energie potențială — cu cât merge mai sus, cu atât devine mai multă energie potențială. Când trece într-o mișcare descendentă, începe să-și transforme energia potențială în energie cinetică. Pe măsură ce căruța se deplasează pe deal, energia sa cinetică crește; simultan, energia sa potențială scade.

câteva exemple de obiecte cu energie potențială sunt un bolovan la marginea unei stânci, apa într-o cadă înfundată sau o minge de demolare care așteaptă să demoleze. Toate acestea se află în energia poziției înainte de a se rostogoli, de a curge sau de a se balansa.

sursele de energie cinetică provin din mișcare sau forțe gravitaționale precum valurile oceanului, aburul, apa curgătoare sau vântul. Poate fi, de asemenea, energia exercitată atunci când o persoană aleargă, sare, dansează, conduce o mașină sau aruncă o săgeată sau aruncă o minge de bowling pe o alee.

când bolovanul se rostogolește de pe o stâncă sau dopul căzii este îndepărtat și apa începe să se grăbească în scurgere, aceste obiecte sau surse câștigă energie cinetică.

pe măsură ce adună energie cinetică, pierd energie potențială și împreună cele două creează nivelul de forță, viteză sau putere al unui obiect.

toate celelalte tipuri de energie pot fi doar energie cinetică sau energie potențială-una la un moment dat, dar niciodată simultan. Prin urmare, energia mecanică este singura formă de energie care poate valorifica potențialul și energia cinetică și se poate schimba înainte și înapoi între ambele.

Cum Produce Energia Mecanică Energie?

energia mecanică este produsă prin aprovizionarea potențialului și a energiei cinetice și transformarea acesteia în putere. Exemple în acest sens ar fi aburul, apa, vântul, gazul sau combustibilii lichizi care alimentează turbinele.

mașinile sunt adesea folosite pentru a genera alte forme de energie prin conversie înainte de a fi utilizate ca putere. Odată ce energia mecanică este schimbată într-un anumit mod, o putem folosi așa cum dorim sau avem nevoie să funcționeze.

Puteți Conserva Energia Mecanică?

puteți conserva energia mecanică, ceea ce este crucial, deoarece energia poate scăpa atunci când este utilizată, iar puterea poate fi irosită în timpul procesului de conversie.

unele pierderi de energie sunt inevitabile atunci când apar forțe sau situații neconservatoare sau de oprire, dar devierea sau conservarea energiei poate ajuta la obținerea unei eficiențe maxime.

sistemele ineficiente de conversie a energiei costă mai mult și pot afecta eficiența sistemelor de alimentare. De exemplu, dacă energia eoliană este transformată în energie mecanică pentru a transforma o turbină eoliană, dar procesul de conversie pierde mai mult de jumătate din energia efectuată, sistemul este lent, consumă mai mult timp și pierde energie.

Ce Este Conversia Energiei?

sursa

conversia energiei are loc în mai multe moduri diferite. Departamentul de energie al SUA oferă funcționarea unei mașini, de exemplu.

Benzina așezată într-un rezervor de mașină înainte ca mașina să fie pornită deține energie potențială chimică. Când gazul este ars după pornirea vehiculului, acesta este schimbat din energie chimică în energie termică, o formă de energie termică.

energia termică este apoi transformată în energie mecanică, folosind forța și mișcarea (energia cinetică) pentru a deplasa vehiculul.

odată ce o mașină nu mai trebuie să se miște sau se oprește momentan, se aplică frâne care creează frecare, o forță neconservatoare.

energia mecanică, cinetică este transformată înapoi într-o stare termică și este din nou energie termică.

conform legii conservării energiei mecanice, atunci când un sistem este izolat sau interacționează doar cu forțele conservatoare, energia mecanică este constantă.

cu alte cuvinte, mașina își va păstra energia mecanică în mod constant până când benzina se va epuiza și energia mecanică nu va mai fi produsă sau va interacționa cu o forță neconservatoare, cum ar fi fricțiunea de la frânare sau un stâlp, un alt vehicul sau clădire.

mai mult, dacă viteza unui obiect sau material în mișcare se schimbă, energia cinetică se schimbă odată cu acesta.

în cazul mașinii, dacă ar încetini, dar ar continua să conducă și apoi să se prăbușească într-un alt vehicul la doar câțiva kilometri pe oră, impactul ar fi mai mic decât dacă mașina ar accelera și ar lovi un alt vehicul atunci când conduce la fel de repede pe cât ar putea merge mașina.

cu cât mișcarea unei mașini este mai rapidă, cu atât produce mai multă energie cinetică și cu atât va exercita mai multă putere asupra impactului.

uneori, atunci când obiectele se ciocnesc cu forțe neconservatoare, cum ar fi frecarea, ele pot pierde și energie.

cantitatea de energie pierdută într-o coliziune va depinde de tipul de coliziune întâlnit atunci când se întâmplă acest lucru.

dacă coliziunea sau interacțiunea este elastică, cum ar fi o jucărie Slinky care se deplasează pe o scară, cantitatea de energie va rămâne aceeași, iar puterea obiectului va fi conservată.

dacă coliziunea este inelastică, cum ar fi aluatul aplatizat al unei tortilla care aterizează pe o tigaie, energia va fi schimbată în energie termică și nu este conservată.

energia mecanică este peste tot

energia mișcării este energie mecanică și poate fi văzută în aproape tot ceea ce facem și experimentăm în viață. Este un jucător de baseball swinging un liliac pentru a lovi mingea peste teren. Este într-un blender în timp ce se învârte, zdrobind și lichefiind fructele, varza și gheața într-un smoothie verde. Se află în pedalele de frână ale unei biciclete, deoarece folosesc frecare pentru a opri rotirea roților.

ca energie stocată într-un obiect, ea poate trece rapid de la energia potențială la energia cinetică și apoi se poate transforma într-un alt tip de energie cu totul pe măsură ce legea conservării intră în joc. Energia mecanică nu este atât de tehnică pe cât pare. Face parte din viața de zi cu zi.

adus la tine de justenergy.com

toate imaginile licențiate de Adobe Stock.
imagine recomandate: