Energia mechaniczna to suma energii kinetycznej i energii potencjalnej, które posiada ciało.
Aby zrozumieć to lepiej, rozważmy krok po kroku:
- Energia kinetyczna (Ek): Jest to energia ruchu. Ciało poruszające się z prędkością 'v' i masie 'm' ma energię kinetyczną wyrażoną wzorem: Ek = (1/2)mv2. Na przykład, pędzący samochód ma dużą energię kinetyczną. Im większa prędkość i masa, tym większa energia.
- Energia potencjalna (Ep): Jest to energia wynikająca z położenia ciała w polu sił, np. grawitacji. Energia potencjalna grawitacji ciała o masie 'm' na wysokości 'h' względem punktu odniesienia wynosi: Ep = mgh, gdzie 'g' to przyspieszenie ziemskie (ok. 9.81 m/s2). Na przykład, piłka trzymana na pewnej wysokości ma energię potencjalną. Im wyżej się znajduje, tym większa energia.
- Obliczanie energii mechanicznej (Em): Sumujemy energię kinetyczną i potencjalną: Em = Ek + Ep. Załóżmy, że piłka o masie 0.5 kg leci z prędkością 2 m/s na wysokości 3 m. Ek = (1/2) * 0.5 kg * (2 m/s)2 = 1 J. Ep = 0.5 kg * 9.81 m/s2 * 3 m = 14.715 J. Zatem Em = 1 J + 14.715 J = 15.715 J.
Prawo zachowania energii mechanicznej mówi, że w układzie izolowanym (gdzie nie występują siły oporu) energia mechaniczna pozostaje stała. Energia kinetyczna może zamieniać się w potencjalną i odwrotnie, ale ich suma pozostaje niezmienna.
Praktyczne zastosowania: Energia mechaniczna jest kluczowa w projektowaniu kolejek górskich, gdzie zamiana energii potencjalnej w kinetyczną i odwrotnie umożliwia ruch wagoników. Również w elektrowniach wodnych wykorzystuje się energię potencjalną wody znajdującej się na wysokości, zamieniając ją w energię kinetyczną, która napędza turbiny generujące prąd.
