이전 기사에서 우리는 운동 에너지 그리고 그것과 관련된 모든 것. 이 경우 우리는 훈련을 계속하고 공부를 계속합니다. 기계적 에너지. 이러한 유형의 에너지는 신체의 활동에 의해 생성되며 다른 신체 간에 전달될 수 있습니다. 기계적 에너지는 운동 에너지(운동)와 탄성 및/또는 중력 위치 에너지의 합으로, 위치에 따른 물체의 상호 작용에 의해 생성됩니다.
이 글에서는 역학적 에너지가 어떻게 작용하는지, 어떻게 계산하는지, 그리고 몇 가지 예와 적용에 대해 설명하겠습니다. 이 개념을 명확하고 간단하게 이해하고 싶다면 계속해서 읽어보세요.
기계적 에너지의 설명
역학적 에너지를 설명하기 위해 예를 들어보자. 특정 높이에서 공을 던진다고 상상해 보세요. 던지는 동안 공이 운동 에너지 움직임으로 인해 공중에 있는 동안에도 획득합니다. 중력 위치 에너지 지면에 대한 위치 때문입니다. 상승하면 위치에너지가 증가하고, 하락하면 그 위치에너지가 운동에너지로 변환됩니다.
공을 추진하는 팔은 공에 작용하여 운동 에너지를 공에 전달합니다. 공기와의 마찰을 무시하면 공은 운동 에너지와 위치 에너지의 합인 총 기계적 에너지를 보존합니다. 실제로 시스템의 기계적 에너지는 마찰과 같은 저항력이 없을 때 일정하게 유지될 수 있습니다.
기억하는 것이 중요합니다 중량 이는 일정한 힘(지구에서는 9,8m/s²)이며 항상 물체에 작용합니다. 따라서 계산된 기계적 에너지는 물체의 속도, 질량 및 높이 간의 상호 작용의 결과입니다. 역학적 에너지의 측정 단위는 7월(J), 국제 단위계에 따르면.
기계적 에너지 공식
역학적 에너지(Em)는 운동에너지(Ec) 과 위치에너지(Ep). 수학적으로는 다음과 같이 표현될 수 있습니다.
Em = Ec + Ep
계산하려면 운동 에너지 (Ec), 우리는 공식을 사용합니다:
- Ec = 1/2mv²
donde m 는 몸의 질량이고 v 속도입니다.
로 중력 위치 에너지 (Ep) 공식은 다음과 같습니다.
- Ep = mgh
donde m 질량이고, g 는 중력에 의한 가속도이고 h 높이.
이런 방식으로 물체의 질량, 속도, 발사 높이를 알면 물체의 기계적 에너지를 계산할 수 있습니다.
역학적 에너지 보존 원리
물리학의 기본 원리는 다음과 같습니다. 에너지는 생성되거나 소멸되는 것이 아니라 변형된다. 이것은 다음으로 알려져 있습니다. 에너지 보존 원리. 기계적 에너지의 경우, 이 원리는 시스템이 고립되어 있는 경우, 즉 마찰과 같은 비보존력이 없는 경우에 유효합니다.
공을 공중에 던지면 공의 가장 높은 지점에서 운동 에너지는 0이 되지만 중력 위치 에너지는 최대가 됩니다. 하강하면서 위치에너지가 운동에너지로 변환됩니다. 이 과정 전반에 걸쳐 시스템의 총 기계적 에너지는 일정하게 유지됩니다.
이 원리를 설명하는 수학 방정식은 다음과 같습니다.
Em = Ec + Ep = 상수
실제 시스템에서는 마찰과 기타 비보존력이 존재하면 이 방정식이 바뀌어 에너지의 일부가 열이나 다른 유형으로 소산됩니다. 그럼에도 불구하고 이 원리는 수많은 물리적 시스템을 분석하는 데 여전히 유용합니다.
운동의 예
위에 설명된 개념을 적용하는 방법을 설명하기 위해 몇 가지 연습을 살펴보겠습니다.
-
- 잘못된 옵션을 선택하세요:
- a) 운동 에너지는 신체가 움직일 때 갖는 에너지입니다.
- b) 중력 위치 에너지는 물체가 특정 높이에 위치하기 때문에 갖는 에너지입니다.
- c) 신체의 총 기계적 에너지는 마찰이 있는 경우에도 일정하게 유지됩니다.
- d) 우주의 에너지는 일정하며 변화만 있을 뿐입니다.
- e) 신체에 운동 에너지가 있으면 일을 할 수 있습니다.
- 잘못된 옵션을 선택하세요:
잘못된 옵션은 (C). 기계적 에너지는 마찰이 있을 때 일부가 열로 소산되므로 보존되지 않습니다.
- 반죽이있는 버스 m 일정한 속도로 경사면을 내려갑니다. 운전자는 브레이크를 계속 밟아 버스가 높은 곳에서 내려오더라도 속도를 제한합니다. h. 다음 진술이 참인지 거짓인지 답해 보세요.
- 버스의 운동에너지 변화는 0이다.
- 버스-접지 시스템의 기계적 에너지는 보존됩니다.
- 버스-지구 시스템의 전체 에너지는 보존되지만 일부는 내부 에너지로 변환됩니다.
이 경우 정답은 뷔, 에프, 뷔. 속도가 일정하기 때문에 운동 에너지는 변하지 않습니다. 그러나 마찰로 인해 시스템의 내부 에너지가 증가하므로 역학적 에너지는 보존되지 않습니다.
이러한 예는 힘과 에너지가 다양한 상황에서 어떻게 상호작용하는지 이해하는 것이 얼마나 중요한지 보여줍니다. 기계 에너지는 차량 이동부터 트램폴린에서 뛰어내리는 것까지 일상적인 다양한 응용 분야에서 핵심입니다.
역학적 에너지에 대한 올바른 이해는 시험 합격뿐만 아니라 우리 주변 세계의 현상을 이해하는 데에도 유용합니다.