Mehanička energija je zbroj energije u mehaničkom sustavu ili bilo kojoj skupini objekata koji međusobno djeluju na temelju osnovnih mehaničkih principa. To uključuje i kinetičku energiju, energiju kretanja, i potencijalnu energiju, pohranjenu energiju položaja. Tipično, u mehaničkom sustavu, gravitacija je jedina glavna vanjska sila koju treba uzeti u obzir. Nasuprot tome, u kemijskom sustavu sile između pojedinih molekula i atoma moraju se uzeti u obzir.
Opća pozadina
Mehanička energija postoji i kao kinetička i kao potencijalna energija u sustavu. Kinetička energija je prisutna kad god je objekt u pokretu. Potencijalna energija se temelji na položaju objekta; on je pohranjena energija i ne može samostalno obavljati posao. Međutim, može se pretvoriti u druge oblike energije, uključujući kinetičku energiju. Lopta za kuglanje visi 10 stopa (3 m) iznad tla, na primjer, nema kinetičku energiju jer se ne kreće. Međutim, ima veliku količinu potencijalne energije (u ovom slučaju, gravitacijske potencijalne energije) koja bi se pretvorila u kinetičku energiju kada bi se loptica dopustila da padne.
Satovi fizike u srednjoj školi često počinju poučavanjem učenika o osnovnim principima mehaničkih sustava i njihovoj energiji. To je zato što ih je obično lakše vizualizirati i lako ih je pojednostaviti. Osnovni izračuni o ovim sustavima mogu se napraviti bez korištenja računa. U većini jednostavnih problema fizike, mehanički sustav ostaje zatvoren i čimbenici koji bi normalno uklanjali energiju iz sustava, kao što su trenje i otpor zraka, zanemaruju se.
Kako izračunati mehaničku energiju
Ukupna mehanička energija može se jednostavno izračunati zbrajanjem potencijalne i kinetičke energije sustava. Potencijalna energija (PE) umnožak je visine objekta iznad tla (h), njegove mase (m) i Zemljine gravitacijske akceleracije (g, što je 9.8 m/s2).
PE = h × m × g
Kinetička energija objekta (KE) umnožak je 1/2 njegove mase i njegove kvadratne brzine (v).
KE = 1/2mv2
Masa je dana u kilogramima (kg), visina u metrima (m), brzina u metrima u sekundi (m/s), a energija u džulima (j).
Na primjer, potencijalna energija kugle za kuglanje od 5 kilograma (11 lbs) koja je 3 metra (10 ft) iznad tla iznosi 147 džula (5 kg × 3 m × 9.8 m/s2 = 147 j) bez obzira na to je li lopta u kretanju ili mirovanju. Ako i ta kuglica pada brzinom od 2 m/s, njena kinetička energija je 10 džula (1/2 × 5 kg × 22 m/s = 10 j).
Kada su potencijalna i kinetička energija poznate, tada se može pronaći ukupna mehanička energija. Dvije vrste energije jednostavno se zbrajaju.
Mehanička energija = PE + KE
U ovom primjeru, ukupna mehanička energija kugle za kuglanje je 157 džula (147 j + 10 j = 157 j).
Mehanička naspram kemijske i nuklearne energije
Postoje mnogi drugi oblici energije, a ponekad može biti teško pravilno razlikovati jedan od drugog. Kemijska energija, na primjer, je energija pohranjena unutar kemijskih veza u molekulama. Nuklearna energija je energija prisutna u interakcijama među česticama u jezgri atoma. Mehanička energija, nasuprot tome, općenito zanemaruje sastav objekata i gleda samo predmete o kojima je riječ, ne mareći za njihov molekularni sastav.
Ovaj fokus je dizajniran da pojednostavi izračune za mehaničku energiju i mehaničke sustave. Objekti u tim sustavima obično se tretiraju kao pojedinačni objekti umjesto kao zbroj milijardi molekula. Izračunavanje kinetičke i potencijalne energije jednog objekta jednostavan je zadatak; izračunati ove vrste energije za milijarde molekula bilo bi iznimno teško. Bez pojednostavljivanja dijelova u mehaničkom sustavu, znanstvenici bi trebali ispitati pojedinačne atome i sve interakcije i sile koje postoje između njih. Ovo je obično rezervirano za fiziku čestica.
Pretvorba između vrsta energije
Mehanička se energija može pretvoriti u druge vrste energije pomoću posebne opreme. Na primjer, generatori su dizajnirani da preuzimaju mehanički rad i pretvaraju ga u električnu energiju. Druge vrste energije također se mogu pretvoriti u mehaničku energiju; na primjer, motor s unutarnjim izgaranjem u automobilu pretvara kemijsku energiju u gorivu u mehaničku energiju koja se koristi za pokretanje automobila.