เราอธิบายว่าพลังงานกลคืออะไรและสามารถจำแนกได้อย่างไร ตัวอย่างและศักยภาพและพลังงานกลจลนศาสตร์
พลังงานกลคืออะไร?
พลังงานกลเป็นผลรวมของพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของร่างกายหรือ ระบบ. พลังงานจลน์คือพลังงานที่ร่างกายมีอยู่ใน ความเคลื่อนไหวเพราะมันขึ้นอยู่กับความเร็วและมวลของมัน ในทางกลับกัน พลังงานศักย์สัมพันธ์กับการทำงานของแรงที่เรียกว่าอนุรักษ์นิยม เช่น แรงยืดหยุ่นและแรงโน้มถ่วง ซึ่งขึ้นอยู่กับมวลของวัตถุและตำแหน่งและ โครงสร้าง.
ดิ หลักการอนุรักษ์พลังงาน กำหนดว่าพลังงานกลถูกสงวนไว้ (คงที่) ตราบใดที่แรงที่กระทำต่อร่างกายหรือระบบเป็นแบบอนุรักษ์นิยม กล่าวคือ พวกมันไม่ทำให้ระบบสูญเสียพลังงาน หลักการนี้สามารถเขียนทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้:
Emec = Ec + Ep = cte
ที่ไหนเอ็ก คือพลังงานจลน์ ของระบบและEp ของเขาพลังงานศักย์ซึ่งสามารถเป็นแรงโน้มถ่วง ยืดหยุ่น ไฟฟ้า ฯลฯ
ความสัมพันธ์นี้จะไม่เกิดขึ้นหากระบบได้รับผลกระทบจากกองกำลังที่ไม่อนุรักษ์นิยม ตัวอย่างเช่น ในกรณีของการเคลื่อนที่บนพื้นผิวที่มีการเสียดสี (เช่นเดียวกับพื้นผิวส่วนใหญ่) พลังงานจลน์จะกระจายไปในรูปของ ความร้อน. พลังงานกลของระบบยังสามารถสูญเสียไปในรูปของความร้อนได้ เช่น ในระบบอุณหพลศาสตร์ซึ่งพลังงานกลสามารถแปลงเป็น ความร้อน.
พลังงานกลมักถูกใช้ในการทำงานหรือแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่น เช่นพลังงานไฮดรอลิก (เมื่อมนุษย์ใช้ประโยชน์จากพลังงานศักย์ของการตกน้ำในการทำงาน) อีกตัวอย่างหนึ่งคือพลังงานลมหรือพลังงานน้ำทะเลซึ่งใช้พลังงานจลน์ของลมและกระแสน้ำเพื่อแปลงเป็นพลังงานที่มีประโยชน์อีกประเภทหนึ่ง
ประเภทของพลังงานกล
พลังงานกลเป็นผลรวมของพลังงานต่อไปนี้:
- พลังงานจลน์. มันคือพลังงานที่ครอบครองโดยวัตถุหรือระบบเคลื่อนที่ ซึ่งขึ้นอยู่กับความเร็วและของพวกมัน มวล. ตัวอย่างเช่น ลูกบอลที่กำลังเคลื่อนที่
- พลังงานศักย์. เป็นพลังงานที่เกี่ยวข้องกับตำแหน่งของร่างกายภายในสนามแรงแบบอนุรักษ์นิยม เช่น แรงโน้มถ่วง ความยืดหยุ่น ไฟฟ้า เป็นต้น ในทางกลับกัน พลังงานศักย์สามารถเป็นสองประเภท:
- พลังงานศักย์โน้มถ่วง. เป็นพลังงานที่เกิดจากการกระทำของแรงโน้มถ่วง เหนือร่างกาย ตัวอย่างเช่น: วัตถุที่ตกลงมาจากความสูงระดับหนึ่ง
- พลังงานศักย์ยืดหยุ่น. เป็นพลังงานที่ถูกครอบงำโดยระบบที่เปลี่ยนรูปโดย บังคับ. พลังงานยังคงอยู่ในระบบจนกว่าจะไม่มีการใช้แรงอีกต่อไป และระบบจะกลับสู่รูปร่างเดิม โดยเปลี่ยนพลังงานยืดหยุ่นเป็นพลังงานจลน์ ตัวอย่างเช่น สปริงที่ยืดออกหรือหดตัวด้วยแรงภายนอกที่เมื่อไม่ได้ใช้งาน จะทำให้สปริงกลับสู่ตำแหน่งปกติที่สมดุล
ตัวอย่างพลังงานกล
ตัวอย่างที่เป็นไปได้ของพลังงานกลในรูปแบบต่างๆ มีดังนี้:
- รถเข็นรถไฟเหาะ ที่จุดสูงสุด เกวียนจะสะสมพลังงานศักย์โน้มถ่วงเพียงพอ (เนื่องจากความสูง) ให้ตกลงมาอย่างอิสระในอีกหนึ่งวินาทีต่อมา และแปลงทั้งหมดเป็นพลังงานจลน์ (เนื่องจากการเคลื่อนไหว) และไปถึงความเร็วที่เห็นได้ชัด
- กังหันลม พลังงานจลน์ของลมส่งแรงผลักดันไปยังใบมีดของโรงสีซึ่งจะเปลี่ยนเป็นงานกลไก: หมุนเฟืองที่จะบดเมล็ดพืชให้ต่ำลง
- ลูกตุ้ม พลังงานศักย์โน้มถ่วงของน้ำหนัก มันถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์เพื่อให้เคลื่อนที่ไปตามเส้นทาง อนุรักษ์พลังงานกลทั้งหมด
- กระดานกระโดดน้ำ. นักอาบน้ำที่กระโดดจากกระดานดำน้ำใช้น้ำหนักของเขา (พลังงานศักย์โน้มถ่วง) เพื่อทำให้กระดานดำน้ำเสียรูปลง (พลังงานศักย์ยืดหยุ่น) และสิ่งนี้เมื่อมันกลับคืนสู่รูปร่าง ดันมันขึ้นด้านบนเพื่อเพิ่มความสูง (ศักย์โน้มถ่วงมากขึ้น) ซึ่งทำหน้าที่ มักจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ในช่วงตกน้ำอย่างอิสระ
พลังงานจลน์และพลังงานกลที่อาจเกิดขึ้น
ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว พลังงานกลเกี่ยวข้องกับพลังงานสองพลังงาน: จลนศาสตร์และศักย์ไฟฟ้า
อันแรกคำนวณได้โดยสูตรง่าย ๆ ของอีซี = ½ ม. v2 และหน่วยของ .ของคุณ การวัด ที่ ระบบสากล จะเป็นจูลส์ (J)
ในทางกลับกัน พลังงานศักย์คือปริมาณพลังงานที่เก็บไว้ในระบบเนื่องจากการกำหนดค่าเฉพาะหรือตำแหน่งที่เกี่ยวข้องกับสนามแรง (แรงโน้มถ่วง ยืดหยุ่น หรือแม่เหล็กไฟฟ้า) พลังงานนี้สามารถแปลงเป็นพลังงานรูปแบบอื่นได้ เช่น จลนพลศาสตร์