力学的エネルギーは、物理科学における位置エネルギーと運動エネルギーの積として定義されます。孤立したシステムが保存力のみを受ける場合、機械エネルギー保存の概念によれば、機械エネルギーは一定です。
オブジェクトの位置エネルギーは、保存された正味の力の反対方向に移動するにつれて増加し、オブジェクトの運動エネルギーは、オブジェクトの速度 (速度ではない) が変化すると変化します。摩擦力などの非保存力はすべての実際のアプリケーションに存在しますが、それらが小さい場合、機械的エネルギーはあまり変化せず、保存は有用な近似値です。
運動エネルギー
それは、その運動の結果として仕事を行う物体の能力です。たとえば、風には風車の羽根を回転させる運動エネルギーがあり、電気を生成します。アイテムの運動エネルギーは次のように表されます。ここで、K はジュール (J) 単位のオブジェクトの運動エネルギー、m はキログラム単位のオブジェクトの質量、v はオブジェクトの速度です。
K =1/2mv²
位置エネルギー
それは、その構成または位置の結果として作業を実行するオブジェクトの能力です。たとえば、圧縮されたばねが解放されると、仕事をすることができます。このエッセイでは、地球の重力に対するオブジェクトの位置の結果としてのオブジェクトの位置エネルギーに集中します。以下は、位置エネルギーを表す式です:
v=mgh
ポテンシャル エネルギーは、通常、バネや重力などの復元力に関連付けられています。ポテンシャルの力場に逆らって作用する外力は、バネを伸ばしたり、物体の質量を持ち上げたりする作用を行います。
この仕事は、力場の位置エネルギーとして保存されます。外力が取り除かれると、力場が身体に作用して身体を元の位置に戻し、バネの伸びを減らしたり、身体を倒したりします。
位置エネルギーは、より正式な定義によると、特定の位置にあるオブジェクトのエネルギーと基準位置にあるそのエネルギーとのエネルギー差です。
力学的エネルギーの保存
機械的エネルギー保存の原則によると、孤立したシステムの機械的エネルギーは、システムが摩擦やその他の非保存力から独立している限り、一定のままです。
摩擦力やその他の非保存力は実際の状況には存在しますが、システムへの影響は非常に小さいことが多いため、機械的エネルギー保存の原理を合理的な近似として利用できます。孤立したシステムでは、エネルギーを生成したり破壊したりすることはできませんが、別の種類のエネルギーに変換することはできます。
弾性衝突では運動エネルギーが保存されますが、非弾性衝突では機械エネルギーの一部が熱エネルギーに変換される場合があります。 James Prescott Joule は、失われた機械的エネルギー (散逸) と温度の上昇との間の等価性を発見しました.
電気モーターは電気エネルギーを機械エネルギーに変換し、発電機は機械エネルギーを電気エネルギーに変換し、熱機関は熱を機械エネルギーに変換します。
力学的エネルギー保存の方程式
トラックに 2 つの異なるポイントがあるとします。ポイント 1 とポイント 2 は、コースターが 2 つの異なる高さと速度にあるためです。力学的エネルギーは位置エネルギーと運動エネルギーの合計であるため
したがって
位置エネルギー =(質量×重力×高さ)
運動エネルギー =(1/2 質量×速度²)
したがって、ポイント 1 での総機械エネルギーは
ME1=mgh1+1/2mv1²
同様に、ポイント 2 での総機械エネルギーは
ME2=mgh2+1/2mv2²
摩擦がない場合、その場合:
ME1=ME2
したがって、
mgh1+1/2mv1²=mgh2+1/2mv2²
力学的エネルギー保存の原理は、これらの式で表されます。この概念によれば、非保存力によってなされる正味の仕事がゼロの場合、物体の総力学的エネルギーは保存されます。つまり、変更されません。
上記の式は次のように書き直すことができます:
PE1+KE1=PE2+KE2
結論
この記事では、機械的エネルギー、機械的エネルギーの保存、およびその他の重要なトピックについて説明しました。システムの運動エネルギーと位置エネルギーの合計は、機械エネルギーとして知られています。力学的エネルギー保存の概念は、作用する力が保存力のみである限り、システム内の総力学的エネルギー (つまり、ポテンシャルと運動エネルギーの合計) は一定のままであると述べています。
循環的な定義を使用して、保守的な力を総機械的エネルギーを変更しないものとして定義することはできますが、これは正しいですが、それが何を意味するかについての理解を提供しません.
