Energia kin potencjalna
Słowo "potencjalna" oznacza tu, że jest ona związana z położeniem i oddziaływaniem, czyli jest jakby energią statyczną, nie związaną z ruchem. Rodzajów energii potencjalnych jest kilka, a różnią się one typem oddziaływania, z którym są związane - oprócz energii potencjalnej ciężkości mamy jeszcze energię potencjalną sprężystości (związaną z oddziaływaniami sprężystymi) oraz energię potencjalną elektrostatyczną (m.in. działającą na cząstki naładowane poruszające się w polu elektrycznym).Najprostszą postać energii potencjalnej otrzymujemy dla energii potencjalnej ciężkości ciał znajdujących się przy powierzchni ziemi. Wtedy wyraża się ona wzorem: Epot_ciezk = m · g · hTutaj:m - masa ciała,g - przyspieszenie ziemskie,h - wysokość ponad poziom odniesienia na którym energia jest równa zero.
Powyższy wzór można potraktować jako wniosek z zależności podanej w rozdziale poprzednim. Napisano tam o energii potencjalnej: Epot_ciężk = Fciężkości · SAle przecież Fciężkości = m · ga droga S, to po prostu wysokość h. Po podstawieniu dostaniemy:Epot_ciezk = m · g · h Uwaga:Wysokość liczymy najczęściej od umownego "poziomu zerowego".
Energia kinetyczna
Inną, niezwykle ważną (jeśli nie w ogóle najważniejszą) postacią energii jest energia kinetyczna. Jej nazwa pochodzi od greckiego terminu "kineo" (ruch), co słusznie sugeruje, że jest ona związana z ruchem ciała.
Wartość energii kinetycznej jest równa pracy, jaką trzeba włożyć, aby rozpędzić ciało.
Po wykonaniu tej pracy rozpędzone ciało będzie posiadało energię ruchu - "zgromadzoną" pracę rozpędzania. Energię tę można z kolei wykorzystać na wykonanie zmian w otoczeniu - np. rozpędzona kula kamienna wystrzelona ze średniowiecznego działa może zburzyć mur, kula tocząca się po torze rozrzuca kręgle, rozpędzona woda porusza łopatki turbiny itp. W większości typowych przypadków odzyskanie, omawianej w poprzednim rozdziale, energii potencjalnej odbywa się za pośrednictwem energii kinetycznej. Energię kinetyczną obliczamy ze wzoru:
Znaczenie symboli:
v - prędkość ciała
m - masa ciała
Zasada zachowania energii mechanicznejPojęcie energii mechanicznej jest niezwykle ważne z jednego powodu - w wielu sytuacjach, mimo zmiany różnych parametrów ruchu, sama energia nie zmienia się.
Kiedy energia mechaniczna jest stała?
W przypadku ruchu ciał w polu grawitacyjnym bez tarcia. Ciało może lecieć, ślizgać się, spadać itp. Jednak nie może występować tarcie, lub inne sytuacje, w których energia mechaniczna ulega zmianom (np. oddawanie energii za pomocą sił elektrycznych, czy magnetycznych.
Sformułowanie 1 zasady zachowania energii mechanicznej
W dowolnym ruchu przebiegającym bez tarcia (i innych strat energii) energia mechaniczna układu izolowanego jest stała.
Emechaniczna = const
Jeśli przyjrzymy się wzorowi na energię mechaniczną:
Emechaniczna = Epotencjalna + Ekinetyczna
To ze stałości energii mechanicznej wyniknie nam, że:
Epotencjalna + Ekinetyczna = const
Dlaczego tak się dzieje?
Jeśli przyjrzymy się wzorowi:
Emechaniczna = Epotencjalna + Ekinetyczna
to pewnie bez trudu zorientujemy się, że stałość sumy można zachować, jeśli ubytek jednego składnika jest natychmiast zrównoważony przyrostem drugiego składnika. Jeżeli więc podczas ruchu ubywa 5 J energii kinetycznej, to musi przybyć dokładnie 5 J energii potencjalnej (lub na odwrót).
W sytuacji na rysunku:
Ek1 + Ep1 =