Question

rodzaje energii mechanicznej pracy , moc , i ich jednostki

Answer 1

Praca

Pojęcie energii wiąże się z wielkością zwaną pracą. Praca wykonywana jest tylko wtedy, gdy działaniu siły towarzyszy przesunięcie lub zmiana kształtu ciała, na jakie działa siła. Praca jako wielkość fizyczna zależna jest od siły i przesunięcia. Dlatego też, im większa jest wartość działającej siły oraz im większa jest wartość przesunięcia (droga) w wyniku jej działania, tym większa jest praca.

W przypadku gdy wektor siły i wektor przesunięcia są wzajemnie do siebie równoległe, tzn. mają zgodne kierunki i zwroty, praca jest równa iloczynowi wartości siły i wartości wektora przemieszczenia.

praca = siła · przesunięcie,

co można zapisać wzorem literowym:

W = F · s,

gdzie:

F – siła [N],

s – przesunięcie [m],

W – praca [J].

Jednostką pracy (tak jak i jednostką energii) jest dżul [J]:

1 [J] = 1 [N · m] = 1 [kg · m2 / s2] = 1 [kg · m2 · s-2]

Moc to wielkość fizyczna, która opisuje jak szybko jest (lub może być) wykonana praca. Wyznaczamy ją poprzez stosunek pracy i czasu wykonania tej pracy. Określa ona pracę wykonaną w jednostce czasu.

moc = praca/czas, P = W/t

Jednostką mocy jest wat [W]:

1 W (wat) =[J/s]

1 wat jest równy mocy urządzenia, które w ciągu 1 s wykonuje pracę 1 J.

 

Energia potencjalna ciężkości

Ten rodzaj energii (jak wskazuje na to słowo „potencjalna”) jest związany z położeniem i oddziaływaniem. Wynika z tego, że jest energią nie związaną z ruchem ciała. Rozróżniamy kilka rodzajów energii potencjalnej, tutaj zajmiemy się dwoma: energią potencjalną ciężkości i energią potencjalną sprężystości, która związana jest z oddziaływaniami sprężystymi.

Energia potencjalna ciężkości – posiada ją ciało znajdujące się na pewnej wysokości (rys. 2.). Zależność można zapisać:

Epot ciężk = Fciężkości · s.

Biorąc pod uwagę, że:

Fciężkości = m · g, 

a droga s, na której wykonana jest praca, to wysokość h, na jaką wzniesione zostało ciało, otrzymamy:

Epot ciężk = m · g · h. 

W efekcie:

Ep = m · g · h [kg · m/s2 · m] = [N · m] = [J],

gdzie:

m – masa ciała [kg],

h – wysokość [m],

g – wartość przyspieszenia ziemskiego = 10 m/s2.

Przyjmujemy poziom wyjścia jako poziom zerowy i od niego liczymy wysokość h.

Energia potencjalna sprężystości

Aby odkształcić element sprężysty (np. sprężynę, łuk) należy wykonać jakąś pracę. Gdy po ustąpieniu działania siły element ten będzie wracał do kształtu pierwotnego (rys. 3.), to odda nam włożoną pracę (pomijamy straty). Możemy zatem stwierdzić, że odkształcony element sprężysty zgromadził pracę (energię), która równa jest pracy wykonanej na jego odkształcenie. Gdy uwolnimy zgromadzoną w ten sposób energię, możemy dzięki niej wykonać dowolną pracę.

 

Energia kinetyczna

Energia kinetyczna, jak sama nazwa wskazuje (z gr. kineo), związana jest ściśle z ruchem ciała. Wprawiając w ruch jakieś ciało, musimy wykonać nad nim pracę, która będzie równa zgromadzonej energii kinetycznej. Im większa jest ta praca, tym większą energię kinetyczną ma ciało. Kosztem tej energii ciało również może wykonać pracę. Przykładem może być bijak młota (im wyżej wzniesiony, tym większa energia) wbijającego pale umocnień brzegu rzeki. Zatem w wielu przypadkach odzyskanie energii potencjalnej odbywa się za pośrednictwem energii kinetycznej.

Energię kinetyczną obliczamy ze wzoru:

Ek =1/2m · v2

Jednostki: [kg · m2/s2]

Znaczenie symboli:

v - prędkość ciała

m - masa ciała