mekanisk energi: En nybörjarguide till energi av föremål och rörelse

mekanisk energi är runt omkring oss. Oavsett om det är ett barn som sparkar en fotboll eller en massiv vindkraftverk som ger oss El, finns det ingen flykt från denna kraft. Men vad exakt är mekanisk energi? I den här guiden hjälper vi dig att förstå mer om mekanisk energi, hur den fungerar och producerar kraft och varför det är viktigt för dig (och oss alla).

Vad är mekanisk energi och hur fungerar det?

mekanisk energi är en fråga om fysisk vetenskap. Det är rörelsens energi, eller energin hos ett objekt som rör sig. Alla livsformer och många system använder mekanisk energi för att fungera, och rörelsens energi kan ses i vardagen. Några exempel är:

• ett barn håller en boll upp i luften när de skannar fältet för att kasta den. De tillämpar kraft (håller bollen upp) men har ännu inte utövat någon mängd arbete (kraft orsakar förskjutning av ett objekt).
• ett barn sparkar en boll (yttre kraft) — kraften verkar på den och driver den framåt.
• en boll flyger genom luften (rörelseenergi), sjunker (gravitationskraft), studsar från marken för att gå upp igen till en punkt (gravitationspotentialenergi), kommer sedan tillbaka ner och rullar till ett stopp.
• ett plan som går nerför banan representerar rörelsens energi.
• ett snabbt flygplan som slår in i en helikopter överför kinetisk energi till det andra flygplanet.
• en privat jet saktar för att stoppa när piloten applicerar bromsar (friktionskraft).

mekanisk energi (kinetisk energi eller potentiell energi) är energin hos antingen ett objekt i rörelse eller den energi som lagras i objekt genom deras position.

mekanisk energi är också en drivkraft för förnybar energi. Många former av förnybar energi är beroende av mekanisk energi för att på ett adekvat sätt producera kraft eller omvandla energi.

två exempel på förnybar energi som är beroende av mekanisk energi är vattenkraft och vindkraft.

mekanisk energi är bara en av flera former av energi, som också inkluderar:

• ljus
• värme
• ljudenergi
• kemisk energi
• elektrisk energi
• Kärnenergi

intressant är att alla dessa former av energi är utbytbara — överföring från ett tillstånd till ett annat, beroende på omständigheterna. Det beror på att den vetenskapliga lagen om bevarande säger att energi aldrig upphör att existera helt; det kan bara förändras från en form till en annan.

Vad är några exempel på mekanisk energi?

mekanisk energi kan produceras av levande saker, fasta föremål, gaser, vatten eller luft. Det finns exempel på mekanisk energi överallt.

Potential och kinetisk energi är bara två exempel som vi kan se eller uppleva.

ett exempel på potentiell energi

Tänk dig att du kommer hem från din lokala bondemarknad och bland din korg med ekologiska godsaker finns en fet, saftig, rund vattenmelon.

du placerar vattenmelonen på din köksbänk. Den har nu potentiell energi på grund av sin höjd över köksgolvet och på grund av dess vikt.

då stöter du av misstag med armbågen när du drar ut en burk för att lagra dina färska ekologiska kaffebönor. Du klättrar för att fånga den när melonen börjar rulla mot kanten av räknaren. Detta är rörelsens energi.

eftersom du har händerna fulla med en burk och en påse kaffe, faller din melon till golvet (gravitationskraft – ett exempel på icke-konservativ kraft), krossar in i keramikplattan och exploderar i en gazillion bitar. Nu har “arbete” gjorts eftersom påverkan bröt melonen i bitar av saftig mush. Den streckade vattenmelonen skapar också ljudenergi, en av de former av energi som diskuterats tidigare.

ett exempel på kinetisk energi

källa

många av oss är glada över ren energi på grund av dess fördelaktiga inverkan på klimatförändringen. Vi kan välja en grön energiplan när vi väljer en elleverantör eller vi kan installera solpaneler i vårt hem.

när vi väljer en grön energiplan produceras den energin ofta av turbiner. Det finns olika typer av kinetisk energi som gör att turbinerna arbetar för att producera el.

• vind: Vindturbinen är till exempel en typ av förnybar energiteknik som genererar kraft från luftrörelse. När vinden blåser snurrar den turbinens blad i en cirkelrörelse, som vrider en elproducerande drivaxel när den roterar.
• ånga: på samma sätt använder ångturbiner tryck för att flytta armarna på en turbin. Bladen vänder i en cirkelrörelse som ångan blåser, med hjälp av mekanisk energi för att snurra en rotatoraxel. Rotatoraxeln är ansluten till en generator som tar den kinetiska energin och omvandlar den till elektrisk energi. Samma process används för att driva ångmotorer.

• vatten: vattenkraft förvärvar den mekaniska energin i rörligt vatten genom hydroturbiner eller pumpade lagringssystem. Liksom vind-eller ångturbiner använder hydroturbiner den kinetiska energin i strömmande vatten för att snurra blad. Å andra sidan använder pumpade lagringssystem vattenreservoarer i olika höjder för att flytta vatten fram och tillbaka och skapa vattenkraft. Båda metoderna återspeglar de naturligt förekommande mekaniska energikrafterna i floder, strömmar, vattenfall, hav och till och med regn.

är mekanisk energipotential eller kinetisk?

det finns två typer av mekanisk energi-rörelse (kinetisk energi) och lagrad (potentiell energi). Du kan lära dig mer i vår guide som förklarar potential och kinetisk energi.

mekanisk omvandling beror på mängden potentiell energi ett objekt har och hur mycket kinetisk energi det kan producera.

oavsett potential är rörelsens energi dock en integrerad del av att producera kraft, och många energiproducerande källor kunde inte utföra utan den.

mekanisk energi beror på ett objekts position och rörelse, och dess kraft kommer från summan av rörlig (kinetisk energi) och lagrad (potentiell) energi. Med andra ord, när ett objekts potentiella energi kombineras med sin kinetiska energi, skapar den mekanisk energi.

till exempel får en berg — och dalbana den mest gravitationella potentiella energin när den når den första toppen nära början av resan-det är det som fastställer den totala mängden kraft som är tillgänglig för att driva bilarna framåt under körtiden.

när den stiger upp till toppen av en av dess kullar eller slingor, får den potentiell energi — ju högre den går desto mer potentiell energi får den. När den fortsätter till en nedåtgående rörelse börjar den omvandla sin potentiella energi till kinetisk energi. När vagnen rör sig nerför backen ökar dess kinetiska energi; samtidigt minskar dess potentiella energi.

några exempel på föremål med potentiell energi är en sten vid kanten av en klippa, vatten i ett pluggat badkar eller en förstörande boll som väntar på att rivas. Alla dessa är i positionens energi innan de rullar, flyter eller svänger.

kinetiska energikällor kommer från rörelse eller gravitationskrafter som havsvågor, ånga, strömmande vatten eller vind. Det kan också vara den energi som utövas när en person springer, hoppar, dansar, kör bil eller kastar en pil eller kastar en bowlingboll ner i en gränd.

när stenen rullar av en klippa eller badkaret tas bort och vatten börjar rusa ner i avloppet, får dessa föremål eller källor kinetisk energi.

när de samlar kinetisk energi förlorar de potentiell energi, och tillsammans skapar de ett objekts nivå av kraft, hastighet eller kraft.

alla andra energityper kan bara vara kinetisk energi eller potentiell energi — en i taget, men aldrig samtidigt. Därför är mekanisk energi den enda formen av energi som kan utnyttja potential och kinetisk energi och förändras fram och tillbaka mellan båda.

Hur Producerar Mekanisk Energi Kraft?

mekanisk energi produceras genom att sourcing potential och kinetisk energi och omvandla den till kraft. Exempel på detta skulle vara ånga, vatten, vind, gas eller flytande bränslen som driver turbiner.

maskiner används ofta för att generera andra former av energi genom omvandling innan de används som kraft. När mekanisk energi har förändrats på ett visst sätt kan vi använda den som vi vill eller behöver den för att fungera.

Kan Du Spara Mekanisk Energi?

du kan spara mekanisk energi, vilket är avgörande eftersom energi kan fly när den används och ström kan slösas bort under omvandlingsprocessen.

viss energiförlust är oundviklig när icke-konservativa eller stoppkrafter eller situationer uppstår, men att avleda eller spara energi kan hjälpa till att uppnå maximal effektivitet.

ineffektiva energiomvandlingssystem kostar mer att köra och kan påverka effektiviteten hos kraftsystem. Till exempel, om vindenergi omvandlas till mekanisk energi för att vända ett vindkraftverk, men omvandlingsprocessen förlorar mer än hälften av den energi som utförs, är systemet långsamt, mer tidskrävande och energiförluster.

Vad Är Energiomvandling?

källa

energiomvandling sker på många olika sätt. US Department of Energy ger driften av en bil, till exempel.

bensin som sitter i en biltank innan bilen slås på håller kemisk potentiell energi. När gasen bränns efter att fordonet har startats ändras den från kemisk energi till termisk energi, en form av värmeenergi.

den termiska energin omvandlas sedan till mekanisk energi med kraft och rörelse (kinetisk energi) för att flytta fordonet.

när en bil inte längre behöver röra sig eller stanna tillfälligt appliceras bromsar som skapar friktion, en icke-konservativ kraft.

den mekaniska, kinetiska energin omvandlas tillbaka till ett termiskt tillstånd och är återigen värmeenergi.

enligt lagen om bevarande av mekanisk energi, när ett system isoleras eller endast interagerar med konservativa krafter, är den mekaniska energin konstant.

med andra ord kommer bilen att behålla sin mekaniska energi hela tiden tills antingen bensinen tar slut och mekanisk energi inte längre produceras, eller den interagerar med en icke-konservativ kraft som friktion från bromsning eller en stolpe, ett annat fordon eller byggnad.

vidare, om hastigheten på ett rörligt objekt eller material ändras, ändras den kinetiska energin tillsammans med den.

när det gäller bilen, om den skulle sakta ner men fortsätta att köra och sedan krascha in i ett annat fordon på bara några mil per timme, skulle effekten vara mindre än om bilen rusade upp och träffade ett annat fordon när man körde så fort bilen kunde gå.

ju snabbare en bils rörelse, desto mer kinetisk energi producerar den och desto mer kraft kommer den att utöva vid påverkan.

ibland när objekt kolliderar med icke-konservativa krafter som friktion, kan de också förlora energi.

mängden energi som förloras vid en kollision beror på vilken typ av kollision som uppstod när detta händer.

om kollisionen eller interaktionen är elastisk, såsom en Slinky leksak som rör sig nerför en trappa, kommer mängden energi att förbli densamma och objektets kraft kommer att bevaras.

om kollisionen är oelastisk, såsom den platta degen av en tortilla som landar på en stekpanna, kommer energin att ändras till termisk energi och bevaras inte.

mekanisk energi finns överallt

rörelsens energi är mekanisk energi och den kan ses i nästan allt vi gör och upplever i livet. Det är en basebollspelare som svänger en fladdermus för att slå bollen över fältet. Det är i en mixer som det whirs runt, krossar och liquifying vår frukt, kale och is till en grön smoothie. Det ligger i bromspedalerna på en cykel eftersom de använder friktion för att stoppa hjulen.

som energi lagrad i ett objekt kan den snabbt gå från potentiell energi till kinetisk energi och sedan eventuellt förvandlas till en annan typ av energi helt och hållet när bevarandelagen spelar in. Mekanisk energi är inte så Teknisk som det låter. Det är en del av vardagen.

kommer till dig av justenergy.com

alla bilder är licensierade från Adobe Stock.
utvalda bilder: