기계적 에너지 - 개념, 유형 및 예

2024-11-21특리20

역학적 에너지가 무엇인지, 어떻게 분류할 수 있는지 설명합니다. 또한 예와 기계적 전위 및 운동 에너지도 있습니다.

기계적 에너지는 물체의 운동에너지, 탄성에너지, 위치에너지를 모두 포함합니다.

기계적 에너지란 무엇인가?

기계적 에너지 는 신체 또는 시스템 의 운동 에너지와 위치 에너지의 합입니다 . 운동 에너지는 움직이는 물체가 갖는 에너지입니다 . 왜냐하면 속도와 질량에 따라 달라지기 때문입니다. 반면에 위치 에너지는 물체의 질량과 위치 및 구조 에 따라 달라지는 탄성력, 중력과 같은 보존적 힘의 작용과 관련이 있습니다 .

에너지 보존의 원리는 신체 나 시스템에 작용하는 힘이 보존적인 한, 즉 시스템의 에너지 손실을 유발하지 않는 한 기계적 에너지가 보존(일정하게 유지됨)된다는 것을 확립합니다. 이 원리는 수학적으로 다음과 같이 쓸 수 있습니다.

Emec = Ec + Ep = cte

여기서 Ec 는 시스템의 운동 에너지 이고 Ep 는 중력, 탄성, 전기 등 의 위치 에너지 입니다.

시스템이 비보존적 힘의 영향을 받는 경우에는 이 관계가 유지되지 않습니다. 예를 들어, 마찰이 있는 표면(대부분의 표면과 마찬가지로)에서 움직임이 있는 경우 운동 에너지는 열로 소산됩니다 . 시스템의 기계적 에너지는 열의 형태로 손실될 수도 있습니다. 예를 들어 기계적 에너지가 열에너지 로 변환될 수 있는 열역학적 시스템에서는 그렇습니다 .

기계적 에너지는 일을 수행하거나 이를 수력 에너지 (사람이 일을 수행하기 위해 낙하하는 물의 위치 에너지를 이용하는 경우) 와 같은 다른 형태의 에너지로 변환하는 데 자주 사용됩니다 . 또 다른 예는 바람과 조수의 운동 에너지를 사용하여 다른 유형의 유용한 에너지로 변환하는 풍력 에너지 또는 조력 에너지 입니다.

참조: 탄력성

기계적 에너지의 종류

운동 에너지는 물체의 속도 및 변위와 관련이 있습니다.

기계적 에너지는 다음 에너지의 합입니다.

운동에너지 . 움직이는 물체나 시스템이 소유한 에너지로 속도와 질량 에 따라 달라집니다 . 예: 움직이는 공.
잠재적 에너지 . 중력, 탄성, 전기 등과 같은 보존력 장 내에서 신체의 위치와 관련된 에너지입니다. 결과적으로 위치 에너지는 두 가지 유형이 될 수 있습니다.

중력 위치에너지 . 물체에 대한 중력 의 작용으로 인해 발생하는 에너지입니다 . 예: 특정 높이에서 떨어지는 물체.
탄성 위치에너지 . 그것은 힘 에 의해 변형된 시스템이 소유한 에너지입니다 . 힘이 더 이상 가해지지 않을 때까지 에너지는 시스템에 남아 있으므로 시스템은 원래 모양으로 돌아가 탄성 에너지를 운동 에너지로 변환합니다. 예를 들어, 더 이상 적용되지 않을 때 스프링이 정상적인 평형 위치로 돌아갈 수 있도록 하는 외부 힘에 의해 늘어나거나 수축되는 스프링입니다.

기계적 에너지의 예

다양한 형태의 기계적 에너지의 가능한 예는 다음과 같습니다.

롤러코스터 카트입니다. 가장 높은 지점에서 수레는 충분한 중력 위치 에너지(높이로 인해)를 축적하여 1초 후에 자유롭게 낙하하고 이를 모두 운동 에너지(움직임으로 인해)로 변환하여 엄청난 속도에 도달합니다.
풍차. 바람의 운동 에너지는 기계적인 작업 으로 변환되는 밀 블레이드에 추력을 제공합니다 . 즉, 곡물을 더 아래로 분쇄하는 기어를 돌리는 것입니다.
진자. 무게 의 중력 위치 에너지는 운동 에너지로 변환되어 무게가 경로를 따라 움직이도록 하며 총 기계적 에너지를 보존합니다.
트램펄린 . 트램폴린에서 뛰어내리는 목욕하는 사람은 자신의 무게(중력 위치 에너지)를 사용하여 트램폴린을 아래쪽으로 변형시키고(탄성 위치 에너지) 모양이 회복되면 그를 위쪽으로 밀어 올려 키를 증가시킵니다(중력 위치 에너지가 더 커짐). 물 속으로 자유낙하하는 동안 운동에너지로 변환됩니다.