Energia mechaniczna jako suma energii kinetycznej i potencjalnej Przedmiotem referatu jest występowanie siły mechanicznej. Posiada ją każde ciało bezwzględnie na fakt, czy jest ono w ruchu, czy w spoczynku,. Jej składniki przyjmują jednak w podanych sytuacjach różne wartości, nawet 0J. W takim przypadku ciało w ruchu określa siła kinetyczna (Ep=0J), a w spoczynku – potencjalna (Ek≠0J). Energia mechaniczna jest zatem sumą kinetycznej i potencjalnej, chociaż jedna lub obie mogą mieć wartość zerową. Układ posiada ją, jeśli jest zdolny do wykonania pracy. Energię kinetyczną można podzielić na ,,ruchu postępowego’’(gdy ciało pokonuje drogę) i ,,ruchu obrotowego’’(gdy ciało kręci się w miejscu lub również wykonuje ruch postępowy). Występuje ona podczas ruchu ciała. Ruch natomiast można określić przez prędkość (v). Z tego powodu wzór na energię kinetyczną wygląda następująco:[latex]Ek= frac{ mv^{2} }{2} [/latex]Energia potencjalna występuje w dwóch rodzajach – grawitacyjna i sprężystości. Związana jest z odległością obiektu od powierzchni ziemi. Nazywana jest również energią potencjalną ciężkości lub energią potencjalną oddziaływania grawitacyjnego. Jest zatem iloczynem wartości siły ciężkości i wysokości ciała nad powierzchnią ziemi:[latex]Ep=mgh[/latex]Do trzeciej, łączącej poprzednie fakty sytuacji należy ciało, które wykonuje ruch na danej wysokości. Charakteryzuje je określona wartość prędkości, ale również wysokość nad powierzchnią ziemi. Jego energia mechaniczna jest zatem sumą kinetycznej i potencjalnej, co można zapisać w następujący sposób:[latex]Em=Ek+Ep[/latex] [latex]Em= frac{ mv^{2} }{2} +mgh[/latex][latex]Em=Ek+Ep[/latex] Wartość energii mechanicznej zależy od układu, w jakim znajduje się obiekt. Rozróżniamy dwie sytuacje – układ zamknięty (izolowany) i otwarty.Pierwszy oznacza, że nie działają siły zewnętrzne, czyli wartość energii mechanicznej nie ulega zmianie – jest stała (Em=const): ΔEm=0 => Ek=Ep. W takiej sytuacji składowe mają tę samą wartość. Występuje tak zwane prawo zachowania energii mechanicznej.Drugi świadczy o tym, że zmiana energii mechanicznej równa jest pracy wykonanej przez siłę zewnętrzną (która w tym układzie już występuje): ΔEm=W => Ek-Ep=W. ,,W’’ oznacza zatem pracę sił zewnętrznych otwierających układ. Jeśli chodzi o występowanie energii mechanicznej, ma miejsce na przykład podczas spadku ciał, czy rzutów – pionowych (w górę lub w dół), poziomych, ukośnych. W takich sytuacjach ulega ona zmianom. Przykładowo:I etap - tuż przed rzutem pionowym z w górę (założenie: ciało ma zostać wyrzucone tuż przy ziemi) nie posiada żadnej energii (v=0m/s, h=0m);II etap - ciało charakteryzuje energia kinetyczna (która maleje, bo ciało porusza się ruchem jednostajnie opóźnionym) i potencjalna (która rośnie, bo ciało unosi się coraz wyżej ponad powierzchnię ziemi);III etap – ciało posiada jedynie energię potencjalną (o najwyższej wartości – jest to bardzo krótka chwila, w której ciało nie wykonuje ruchu);IV etap – ciało spada, więc znów występują obie energie – tym razem kinetyczna rośnie (ruch jednostajnie przyspieszony), a potencjalna maleje (obiekt zbliża się do powierzchni ziemi).V etap – ciało spadło i znajduje się na powierzchni ziemi – sytuacja identyczna jak tuż przed wyrzutem – obie energie przyjmują wartość zerową. Energia mechaniczna jako suma kinetycznej i potencjalnej może zatem łączyć w sobie w rzeczywistości aż cztery rodzaje energii – ruchu postępowego, obrotowego, grawitacyjnego, sprężystości. Informuje nas o tym, ile ciało jest w stanie wykonać pracy. Występuje w przyrodzie oraz może być wywołana przez człowieka. Bibliografia:1. red. Salach J., 2006. ,,Wybieram fizykę'. Kraków, wyd. ZamKor.2. red. Mizerski W., 2013. ,,Opracowania tematów z fizyki'. Warszawa, wyd. adamantan.
