Ο διατήρησηδίνειενέργειαΜηχανική είναι ένας από τους νόμους της μηχανικής που προέρχονται αρχήσεδιατήρησηδίνειενέργεια. Σύμφωνα με το νόμο της διατήρησης της μηχανικής ενέργειας, όταν δεν υπάρχει διασκεδαστική δύναμη δρα σε ένα σώμα, όλη η ενέργεια που σχετίζεται με την κίνηση διατηρείται σταθερή. Αυτό ισοδυναμεί με το να πούμε ότι το κινητική ενέργεια και το ενέργειαδυνητικός του σώματος δεν αλλάζει ποτέ.
Η κατανόηση του νόμου της διατήρησης της μηχανικής ενέργειας είναι απαραίτητη για την επίλυση μεγάλου αριθμού Καταστάσεις φυσικής που πλησιάζουν ιδανικές καταστάσεις, οπότε αυτό είναι ένα από τα πιο απαιτητικά ζητήματα στον τομέα δίνει Μηχανική σε δοκιμές Enem.
Δείτε επίσης: Traction - κατανοήστε αυτήν την άλλη φυσική ιδέα που μελετήθηκε από τη Μηχανική
Τι είναι η μηχανική εξοικονόμηση ενέργειας;
Ο διατήρησηδίνειενέργειαΜηχανική δηλώνει ότι όλη η ενέργεια που σχετίζεται με την κίνηση ενός σώματος διατηρείται σταθερή όταν δεν ασκούνται δυνάμεις διάχυσης, όπως δυνάμεις τριβής και έλξης.
Όταν λέμε ότι η μηχανική ενέργεια είναι
διατηρημένο, αυτό σημαίνει ότι το άθροισμα του ενέργειακινητική με την δυναμική ενέργειαείναι το ίδιο ανά πάσα στιγμή και σε οποιαδήποτε θέση. Με άλλα λόγια, κανένα τμήμα της μηχανικής ενέργειας ενός συστήματος δεν μεταμορφώνεται σε άλλες μορφές ενέργειας, όπως Θερμική ενέργεια.Δεδομένων των παραπάνω, σύμφωνα με το νόμος διατήρησης της μηχανικής ενέργειας, σε ένα μη διαλυτικό σύστημα, μπορούμε να πούμε ότι οι μηχανικές ενέργειες σε δύο διαφορετικές θέσεις είναι ίσες.
ΚΑΙΜ - μηχανική ενέργεια
ΚΑΙΝΤΟ - κινητική ενέργεια
ΚΑΙΠ - δυναμική ενέργεια
Για να κατανοήσουμε καλύτερα την έννοια της διατήρησης της μηχανικής ενέργειας, είναι απαραίτητο να γνωρίζουμε τι είναι ενέργειακινητική και ενέργειαδυνητικός, οπότε θα εξηγήσουμε εν συντομία καθεμία από αυτές τις έννοιες στα ακόλουθα θέματα.
Κινητική ενέργεια
Ο ενέργειακινητική είναι η ενέργεια που περιέχεται σε οποιοδήποτε σώμα που έχει ποσότητα κίνησης όχι μηδενικό, αρκεί να έχει το σώμα ζυμαρικά και ταχύτητα, θα είναι προικισμένο με μια ορισμένη ποσότητα κινητικής ενέργειας.
Ο ενέργειακινητική είναι κλίμακα μεγαλείο του οποίου η μονάδα, σύμφωνα με το μικρόΣύστημα ΕγώΔιεθνείς μονάδες, και το μονάδα ενέργειας ή έργου (Ι). Ο τύπος κινητικής ενέργειας δηλώνει ότι αυτή η ενέργεια είναι ίση με το προϊόν του ζυμαρικά (m) και το τετράγωνοδίνειταχύτητα (v²) διαιρούμενο με 2.
Μ - ζυμαρικά
β - ταχύτητα
ΚΑΙΝΤΟ - κινητική ενέργεια
Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με αυτήν τη μορφή ενέργειας, επισκεφθείτε το συγκεκριμένο άρθρο μας: Κινητική ενέργεια.
Δυναμική ενέργεια
Ο ενέργειαδυνητικός Είναι μια μορφή ενέργειας που μπορεί να αποθηκευτεί και εξαρτάται άμεσα από το θέση όπου ένα σώμα σχετίζεται με κάποιο πεδίο δύναμη, Όπως βαρυτικό πεδίο, ηλεκτρικό πεδίο και μαγνητικό πεδίο.
Ο ενέργειαδυνητικός μπορεί να συσσωρευτεί μόνο σε σώμα όταν υπόκειται στη δράση του α δύναμησυντηρητικός, δηλαδή, μια δύναμη που εφαρμόζει πάντα την ίδια ποσότητα ενέργειας σε ένα σώμα, ανεξάρτητα από τη διαδρομή που ακολουθεί.
Ένα παράδειγμα συντηρητικής δύναμης είναι το δύναμη Βάρος: αν ένα σώμα ανυψωθεί ενάντια στη δράση της δύναμης βάρους από το έδαφος σε ένα ορισμένο ύψος, ανεξάρτητα από το τροχιά που ταξιδεύει αυτό το σώμα, το πιθανό κέρδος ενέργειας θα εξαρτηθεί αποκλειστικά από τη διαφορά μεταξύ των δύο ύψη.
Όσον αφορά τις ασκήσεις για τη διατήρηση της μηχανικής ενέργειας, υπάρχουν δύο πιο συνηθισμένοι τύποι πιθανής ενέργειας: α βαρυτική δυνητική ενέργεια και το ελαστική δυναμική ενέργεια. Η βαρυτική δυνητική ενέργεια είναι η μορφή ενέργειας σε σχέση με το ύψος ενός σώματος σε σχέση με το έδαφος. Εξαρτάται από τη μάζα του σώματος, από το επιτάχυνση της βαρύτητας στη θέση και στο ύψος
σολ - βαρύτητα (m / s²)
Η - ύψος (m)
Οελαστική δυναμική ενέργειαείναι αυτό που σχετίζεται με παραμόρφωση κάποιου αντικειμένου, όπως μια λαστιχένια ταινία. Για τον υπολογισμό του, λαμβάνεται υπόψη πόσο ήταν το αντικείμενο παραμορφωμένος (x), καθώς και το συνεχήςελαστικό αυτού του αντικειμένου (k), μετρούμενο σε νεύτοανάμετρό. Εάν ένα αντικείμενο έχει ελαστική σταθερά 800 N / m, αυτό υποδηλώνει ότι, για να παραμορφωθεί κατά ένα μέτρο, αυτό το αντικείμενο επηρεάζεται από μια δύναμη 800 Ν. Ο τύπος που χρησιμοποιείται για τον υπολογισμό της δυναμικής ελαστικής ενέργειας έχει ως εξής:
Για να μάθετε περισσότερα σχετικά με αυτήν τη μορφή ενέργειας, επισκεφθείτε το συγκεκριμένο άρθρο μας: Ενέργεια δυνητικός.
μηχανική ενέργεια
Ο μηχανική ενέργεια και το άθροισμα κινητικής και δυνητικής ενέργειας. Με άλλα λόγια, είναι όλη η ενέργεια που σχετίζεται με την κίνηση ενός σώματος. Ο τύπος της μηχανικής ενέργειας έχει ως εξής:
Μηχανική φόρμουλα εξοικονόμησης ενέργειας
Ο τύπος για τη διατήρηση της μηχανικής ενέργειας είναι τέτοιος ώστε το άθροισμα της κινητικής ενέργειας και της δυνητικής ενέργειας να είναι ίσο για οποιοδήποτε σημείο ενός μηχανικού συστήματος όπου δεν δρουν δυνάμεις διάχυσης.
ΚΑΙΓ και είναιΒλ. -τελική και αρχική κινητική ενέργεια
ΚΑΙΓ και είναιΟμοσπονδιακή Αστυνομία -τελική και αρχική κινητική ενέργεια
Αν και ο παραπάνω τύπος είναι γενικός και μπορεί να εφαρμοστεί σε κάθε περίπτωση όπου η μηχανική ενέργεια Εάν διατηρηθεί, είναι απαραίτητο να τονιστεί ότι κάθε περίπτωση μπορεί να παρουσιάζει μια διαφορετική μορφή ενέργειας δυνητικός. Έτσι, η επίλυση ασκήσεων είναι ο καλύτερος τρόπος για να κατανοήσετε τις διάφορες περιπτώσεις.
Διαβάστε επίσης:Ελεύθερη πτώση - κατανοήστε καλύτερα αυτήν την κίνηση όπου δεν υπάρχει δύναμη τριβής
Επιλυμένες ασκήσεις για τη διατήρηση της μηχανικής ενέργειας
Ερώτηση 1 - Ένα σώμα με μάζα m = 2,0 kg στηρίζεται σε ένα ελατήριο με ελαστική σταθερά ίση με 5000 N / m, συμπιεσμένη κατά 2 cm (0,02 m). Παραβλέποντας τις δυνάμεις διάχυσης και με βάση το σχήμα, προσδιορίστε το ύψος που φτάνει το σώμα μετά την απελευθέρωση του ελατηρίου και σημειώστε τη σωστή εναλλακτική.
(Δεδομένα: g = 10 m / s²)
α) 4 εκ
β) 10 εκ
γ) 5 εκ
δ) 20 εκ
ε) 2 εκ
Πρότυπο: γράμμα Γ.
Ανάλυση:
Για την επίλυση της άσκησης, είναι απαραίτητο να εφαρμοστεί ο νόμος διατήρησης της μηχανικής ενέργειας. Υπό αυτήν την έννοια, βλέπουμε ότι η αρχική μηχανική ενέργεια είναι καθαρά ελαστικό δυναμικό και η τελική μηχανική ενέργεια είναι καθαρά βαρυτικό δυναμικό. Με αυτόν τον τρόπο, πρέπει να κάνουμε τον ακόλουθο υπολογισμό:
Με βάση τον ανεπτυγμένο υπολογισμό, διαπιστώνουμε ότι το σώμα ανεβαίνει σε μέγιστο ύψος 5 cm, οπότε η σωστή εναλλακτική λύση είναι το γράμμα C.
Ερώτηση 2 - Ένα σώμα απελευθερώνεται από την υπόλοιπη ράμπα σε ύψος 4 m. Προσδιορίστε την ταχύτητα με την οποία το σώμα θα είναι όταν βρίσκεται 2 μέτρα πάνω από το έδαφος και υποδείξτε τη σωστή εναλλακτική.
α) 2√10 m / s
β) 20 m / s
γ) 4√10 m / s
δ) 2√5 m / s
ε) 3√2 m / s
Πρότυπο: γράμμα Α.
Ανάλυση:
Πρέπει να εφαρμόσουμε το νόμο της διατήρησης της μηχανικής ενέργειας στα υψηλότερα σημεία και στο σημείο ύψους ίσο με 2 m. Για να το κάνουμε σωστά, πρέπει να θυμόμαστε ότι, στο υψηλότερο σημείο, το σώμα ήταν σε ηρεμία, οπότε όλη η μηχανική του ενέργεια εκφράστηκε με τη μορφή βαρυτικής δυναμικής ενέργειας. Στο σημείο που το ύψος είναι ίσο με 2 m, υπάρχουν τόσα πολλά ενέργειαδυνητικόςβαρυτικήπόσοενέργειακινητική. Σημειώστε τον υπολογισμό στο παρακάτω σχήμα:
Στο τέλος του παραπάνω υπολογισμού, όταν υπολογίσαμε την τετραγωνική ρίζα του 40, συνυπολογίσουμε τον αριθμό έτσι ώστε το αποτέλεσμα να αποδώσει 2√10, οπότε η σωστή εναλλακτική λύση είναι το γράμμα A.
Από τον Rafael Hellerbrock
Καθηγητής φυσικής
Πηγή: Σχολείο της Βραζιλίας - https://brasilescola.uol.com.br/fisica/principio-conservacao-energia-mecanica.htm
