Energia meccanica e suoi tipi

Lo scopo di questo articolo è di rivelare l'essenza del concetto di "energia meccanica". La fisica fa ampio uso di questo concetto sia praticamente che teoricamente.

Lavoro ed energia

Il lavoro meccanico può essere determinato se la forza che agisce sul corpo e il movimento del corpo sono noti. C'è un altro modo per calcolare il lavoro meccanico. Considera un esempio:

La figura mostra un corpo che può essere in diversi stati meccanici (I e II). Il processo di transizione di un corpo dallo stato I allo stato II è caratterizzato da un lavoro meccanico, cioè quando si passa dallo stato I allo stato II, il corpo può eseguire il lavoro. Nello svolgimento del lavoro, lo stato meccanico del corpo cambia e lo stato meccanico può essere caratterizzato da una quantità fisica: l'energia.

L'energia è la quantità fisica scalare di tutte le forme di movimento della materia e varianti della loro interazione.

Qual è l'energia meccanica

L'energia meccanica è una quantità fisica scalare che determina la capacità del corpo di eseguire il lavoro.

A = ΔЕ

Poiché l'energia è una caratteristica dello stato di un sistema in un determinato momento, il lavoro è una caratteristica del processo di modifica dello stato di un sistema.

Energia e lavoro hanno le stesse unità: [A] = [E] = 1 J.

Tipi di energia meccanica

L'energia meccanica libera è divisa in due tipi: cinetica e potenziale.

L'energia cinetica è l'energia meccanica del corpo, che è determinata dalla velocità del suo movimento.

Е _k = 1 / 2mv ²

L'energia cinetica è inerente ai corpi in movimento. Fermandosi, eseguono un lavoro meccanico.

In diversi sistemi di riferimento, le velocità dello stesso corpo in un punto arbitrario possono essere diverse. Pertanto, l'energia cinetica è un valore relativo, è determinata dalla scelta del sistema di riferimento.

Se una forza agisce sul corpo durante il movimento (o più forze simultaneamente), l'energia cinetica del corpo cambia: il corpo accelera o si ferma. In questo caso, il lavoro della forza o il lavoro della risultante di tutte le forze applicate al corpo sarà uguale alla differenza delle energie cinetiche:

A = E _k1 - E _{k 2} = ΔЕ _k

A questa affermazione e formula è stato dato il nome: il teorema dell'energia cinetica .

L'energia potenziale è chiamata energia a causa dell'interazione tra i corpi.

Quando un corpo di massa m viene lasciato cadere da un'altezza h, la forza di attrazione esegue il lavoro. Poiché il lavoro e il cambiamento di energia sono correlati da un'equazione, si può scrivere una formula per l'energia potenziale del corpo nel campo gravità :

E _p = mgh

In contrasto con l'energia cinetica E _{k, il} potenziale E _p può avere un valore negativo quando h <0 (ad esempio, un corpo giacente in fondo a un pozzo).

Un altro tipo di energia potenziale meccanica è l'energia di deformazione. Una molla compressa a distanza x con rigidità k ha energia potenziale (energia di deformazione):

E _p = 1/2 kx ²

La deformazione energetica ha trovato ampia applicazione pratica (giocattoli), nella tecnica - macchine, relè e altri.

E = E _p + E _k

L'energia meccanica totale del corpo è chiamata la somma delle energie: cinetica e potenziale.

La legge di conservazione dell'energia meccanica

Uno degli esperimenti più accurati che il fisico inglese Joule e il fisico tedesco Mayer condussero a metà del XIX secolo mostrarono che la quantità di energia nei sistemi chiusi rimane invariata. Si sposta solo da un corpo all'altro. Questi studi hanno contribuito a scoprire la legge di conservazione dell'energia :

L'energia meccanica totale di un sistema isolato di corpi rimane costante per tutti interazioni corporee tra di loro.

A differenza dell'impulso, che non ha forma equivalente, l'energia ha molte forme: meccanica, termica, energia del moto molecolare, energia elettrica con le forze di interazione di cariche e altre. Una forma di energia può trasferirsi a un'altra, ad esempio, l'energia cinetica termica viene trasferita nel processo di frenatura della vettura. se forze di attrito no, e il calore non viene generato, quindi l'energia meccanica totale non viene persa, ma rimane costante durante il movimento o l'interazione di corpi:

E = E _p + E _k = const

Quando la forza di attrito tra i corpi, poi c'è una diminuzione di energia meccanica, tuttavia, in questo caso, non si perde senza lasciare traccia e va in calore (interno). Se una forza esterna esegue un lavoro su un sistema chiuso, allora c'è un aumento di energia meccanica per la quantità di lavoro svolto da questa forza. Se un sistema chiuso esegue lavori su corpi esterni, l'energia meccanica del sistema viene ridotta dalla quantità di lavoro che ha svolto.
Ogni tipo di energia può trasformarsi completamente in qualsiasi altro tipo di energia.