Физика: Механическая энергия
Энергия. Шагая пешком, катаясь на автомобиле, играя в футбол и проделывая ещё десятки повседневных вещей, мы редко задумываемся о том, как именно всё это происходит. Все это происходит благодаря энергии.
Слово «энергия» в переводе с греческого означает «действие». Энергичным мы называем человека, который активно двигается, производя при этом множество разнообразных действий.
Существуют следующие виды энергии: механическая, тепловая, электрическая, химическая, световая, атомная (ядерная).
Наиболее часто встречающаяся нам в повседневной жизни – механическая энергия. В механике энергия тела или системы тел определяется взаимным положением тел или системы тел и их скоростями.
В механике выделяют два вида энергии: кинетическую энергию (для движущихся) и потенциальную энергию (для покоящихся тел).
Единица измерения работы и энергии в системе СИ джоуль (Дж), который равен работе, совершаемой при перемещении точки приложения силы, равной одному ньютону, на расстояние одного метра в направлении действия силы.
1 Дж = кг•м²/с² = Н•м.
Если вы съедите кусок хлеба с маслом, в котором содержится 315 килоджоулей энергии, вам хватит ее для того, чтобы 15 минут идти быстрым шагом или ехать на велосипеде, 6 минут прыгать или спать в течение 1,5 часа.
315 килоджоулей энергии хватило бы для того, чтобы лампочка 60 ватт горела 1,5 часа, автомобиль ехал со скоростью 80 километров в час в течение 7 секунд.
При любых физических взаимодействиях энергия не возникает и не исчезает. Она лишь превращается из одной формы в другую.
Кинетической энергией обладают все движущиеся тела. Например, текущая вода, ветер, вращающееся колесо, движущийся электрон и т.д.
Физический смысл кинетической энергии заключается в том, что эта энергия равна работе, которую надо совершить.
Потенциальной энергией обладают, например, поднятый камень на какую-нибудь высоту над Землей, сжатая или растянутая пружина и др.
Взаимодействующие тела могут обладать одновременно и кинетической и потенциальной энергией, то есть полной энергией.
Летящий мяч, например, обладает и кинетической и потенциальной энергией, так как кроме движения вперед он взаимодействует с Землей силой всемирного тяготения. В момент удара о Землю механическая энергия мяча частично переходит во внутреннюю энергию и т.д.
Механическая энергия широко известна человеку с древнейших времен и применяется в таких устройствах, как: стрела, копье, нож, топор, праща, баллиста, повозка, маятник, журавль, ветряная мельница, водяное колесо, парус, гончарный круг, часы, и другие самые разнообразные механизмы.
Приведем примеры наиболее распространенных и используемых источников механической энергии: ветер (http://greensource.ru/istochniki-jenergii/veter.html), течение рек (http://greensource.ru/istochniki-jenergii/reki.html), приливы и отливы морей и океанов (http://greensource.ru/istochniki-jenergii/prilivy-otlivy-morskie-okeanskie.html), сельскохозяйственные животные (https://ru.wikipedia.org/wiki/Сельскохозяйственные_животные) и сам человек (http://greensource.ru/spravochnik/jenergija-i-obmen-vewestv-v-organizme-cheloveka.html).
Преобразование механической энергии в электрическую энергию осуществляется генераторами тока (http://greensource.ru/proizvodstvo-jenergii/jelektrogeneratory.html). В генераторе происходит превращение вращательного движения вала в электричество. Для вращения вала применяют следующие источники механической энергии: течение рек (http://greensource.ru/spravochnik/jenergija-i-obmen-vewestv-v-organizme-cheloveka.html), океанские и морские приливы-отливы, ветер (http://greensource.ru/istochniki-jenergii/vozdushnyj-okean.html).
Занимательные опыты дома
- Переход механической энергии в теплоту - http://www.diagram.com.ua/tests/fizika/fizika272.shtml
- Простейшая модель ветряного двигателя - http://www.diagram.com.ua/tests/fizika/fizika261.shtml
- Ветряной двигатель - http://www.diagram.com.ua/tests/fizika/fizika262.shtml
- Опыты с накопленной энергией - http://www.diagram.com.ua/tests/fizika/fizika091.shtml
- Топ 10 способов производства энергии - https://dekatop.com/archives/8334
Полезные ссылки
- ВОДЯНОЙ ДВИГАТЕЛЬ - http://greensource.ru/proizvodstvo-jenergii/vodjanoj-dvigatel.html
- Аура воды и ее энергия - http://www.watermap.ru/articles/aura-vody-i-ee-energiya
- Как накопить и сохранить энергию из возобновляемых источников - https://econet.ru/articles/90946-kak-nakopit-i-sohranit-energiyu-iz-vozobnovlyaemyh-istochnikov
Глоссарий
Библиография
- http://www.nado5.ru/e-book/ehnergiya-potencialnaya-i-kineticheskaya-ehnergiya - Энергия: потенциальная и кинетическая энергия
- http://scorcher.ru/art/theory/anaksagor/energ.htm - Есть ли в природе энергия
- http://phscs.ru/physics8/internal-energy - Внутренняя энергия
ченые превратят людей в "ходячие" электростанции
Американские и канадские ученые разработали устройство для перевода механической энергии, получаемой при движении человека в электрическую. Устройство крепится на колено и производит энергию достаточную для подзарядки 10 мобильных телефонов.
Прибор получает энергию, которую человек выделяет при замедлении движения ноги. Подобный принцип лежит в основе работы устройства, которое уже используется в легковых автомобилях нового типа. Часть энергии они получают от работы двигателя, а другую часть извлекают при торможении.
Новое устройство было испытано на добровольцах. В ходе испытаний на беговой дорожке они надевали устройство весом 1,6 кг. на каждую ногу. Ученые установили, что при средней скорости 3,5 км/ч вырабатывается энергия мощностью около 5 ватт.
Ученые уже придумали различное применение данному устройству. В первую очередь, оно будет необходимо тем, чья жизнь зависит от бесперебойной работы медицинских приборов, например инсулинового насоса или кардиостимулятора, который поддерживает сердечный ритм в норме. Во-вторых, оно будет очень полезно для путешественников и солдат.
Исследователи из разных стран мира уже давно пытаются разработать устройство, которое бы использовало вырабатываемую при ходьбе энергию. В частности, в разное время были изобретены специальная подошва, которая переводит механическую энергию давления в электрическую, наручные часы, работающие от "размахивания" руки, и рюкзак, производящий энергию при движениях вверх-вниз. Однако их КПД не сравнятся с КПД нового прибора. Как считают изобретатели наколенного генератора, их новинка представляет собой "золотую" середину - легкое и вырабатывает достаточно большое количество энергии.
- Поднимаешь домкратом или краном груз, повышается его внутренняя (потенциальная) энергия.
- В двигателе внутреннего сгорания внутренняя (тепловая) энергия топлива переходит в кинетическую энергию поршня (он движется).
- Стреляя из рогатки камнем, мы повышаем его кинетическую энергию.
- Сжимая пружину, повышаем ее внутреннюю энергию.
- Сжимая жидкость или газ в сосуде, мы повышаем их внутреннюю энергию.
- Газ, расширяясь, совершает работу, тем самым понижается его внутренняя энергия.
- Когда пуля попадает в мишень - кинетическая энергия превращается в тепловую (внутреннюю), а при выстреле химическая (внутренняя) энергия превращается в кинетическую энергию пули.
- Если не хочется идти в школу, берешь градусник, трешь его о руку, внутренняя энергия градусника поднимается, и он показывает температуру. Показываешь маме, она оставляет тебя дома.
- А если ставишь кастрюлю на газовую конфорку, после того как вода закипит крышка начинает подскакивать и дребезжать это как раз обратное явление. (Переход внутренней энергии в кинетическую).
- Какое-либо тело падает с большой высоты и ударяется о землю, и оно нагревается, т. е. механическая энергия падения превращается во внутреннюю.
- Когда скользящая по льду шайба останавливается под действием силы трения, то ее механическая (кинетическая) энергия не просто исчезает, а передается беспорядочно движущимся молекулам льда и шайбы.
Нетрудно наблюдать и обратный переход внутренней энергии в механическую.
- Если нагревать воду в закрытом чайнике, то внутренняя энергия воды и внутренняя энергия пара начнут возрастать. Давление пара увеличится настолько, что крышка будет выбита. Кинетическая энергия крышки увеличится за счет внутренней энергии пара. Расширяясь, водяной пар совершает работу и охлаждается. Его внутренняя энергия при этом уменьшается.