פֿאַרשטיין מעכאַנישע ענערגיע אין פֿיזיק
ענערגיע איז איינע פון די מערסט יסודות'דיגע קאנצעפטן אין פיזיק ווייל זי העלפט אונז פארשטיין פארוואס אביעקטן קענען זיך באוועגן, אפשטעלן, זיך אויפהייצן, אדער טוישן פארעם. פון די פילע טיפן ענערגיע, איז מעכאנישע ענערגיע די וואס מען טרעפט מערסטנס אין טעגליכע דיסקוסיעס וועגן דער באוועגונג פון אביעקטן - פון א וואלקנדיקן באל ביז אן אסצילירנדיקן שוואונג ביז אן אויטא וואס פארט אויף דער גאס. דער ארטיקל דיסקוטירט די דעפיניציע פון מעכאנישער ענערגיע אין פיזיק, אירע קאמפאנענטן, פארמולעס, און ביישפילן פון איר אנווענדונג אין טעגליכן לעבן.
וואָס איז מעכאַנישע ענערגיע?
מעכאנישע ענערגיע איז די ענערגיע וואָס אַן אָביעקט פֿאַרמאָגט צוליב זײַן באַוועגונג און/אָדער פּאָזיציע אין אַ סיסטעם. אין פֿיזיק, איז מעכאנישע ענערגיע אַ פּראַקטישער וועג צו "רעכענען" די מעגלעכקייט פֿון אַן אָביעקט צו דורכפֿירן אַרבעט צוליב מעכאנישע פֿאַקטאָרן, באַזונדערס ווען דער אָביעקט באַוועגט זיך אונטערן איינפֿלוס פֿון כוחות ווי גראַוויטאַציע אָדער פֿעדער-קראַפֿט.
בכלל, מעכאנישע ענערגיע איז די סומע פון:
1. קינעטישע ענערגיע (Ek): ענערגיע צוליב דער באוועגונג פון אן אביעקט
2. פּאָטענציעלע ענערגיע (Ep): ענערגיע צוליב דער פּאָזיציע אָדער שטעלע פֿון אַן אָביעקט
אזוי, מעכאנישע ענערגיע קען געשריבן ווערן ווי:
עמ = עק + עפּ
מעכאנישע ענערגיע איז א סקאלארע קוואנטיטעט (האט נישט קיין ריכטונג) און איר איינהייט אין דער אינטערנאציאנאלער סיסטעם (SI) איז דזשול (דזש).
מעכאַנישע ענערגיע קאָמפּאָנענטן
1. קינעטיש ענערגיע (ענערגיע פון באַוועגונג)
קינעטישער ענערגיע איז די ענערגיע וואָס אַן אָביעקט באַזיצט ווען ער באַוועגט זיך. ווי גרעסער די מאַסע פון אַן אָביעקט און ווי גרעסער זיין גיכקייט, אַלץ גרעסער זיין קינעטישער ענערגיע. די פאָרמולע פֿאַר קינעטישער ענערגיע פֿאַר טראַנסלאַציאָנעלער באַוועגונג (לינעאַרער באַוועגונג) איז:
עק = ½ מעטער וו²
אינפֿאָרמאַציע:
– עק = קינעטישע ענערגיע (דזש)
– מ = מאַסע פֿון אָביעקט (קג)
– v = אביעקט גיכקייט (מ/ס)
א פשוט ביישפּיל: אַ טרעטנדיקער באַל האָט קינעטישע ענערגיע. אויב מען טרעט דעם באַל שטאַרקער, וואָס פאַרגרעסערט זיין גיכקייט, פאַרגרעסערט זיך אויך זיין קינעטישע ענערגיע מיטן קוואַדראַט פון דער גיכקייט. דאָס מיינט אַז פאַרדאָפּלען די גיכקייט פאַרפירט די קינעטישע ענערגיע.
2. פּאָטענציעלע ענערגיע (פּאָזיציע ענערגיע)
פאטענציעלע ענערגיע איז ענערגיע וואס ווערט אפגעהיט צוליב אן אביעקט'ס פאזיציע אין א קראפט פעלד. צוויי טיפן פאטענציעלע ענערגיע וואס ווערן אפט דיסקוטירט אין מעכאנישע ענערגיע זענען:
א) גראַוויטאַציאָנעלע פּאָטענציעלע ענערגיע
גראַוויטאַציאָנעלע פּאָטענציעלע ענערגיע איז פֿאַרבונדן מיט דער הייך פֿון אַן אָביעקט אין באַצוג צו אַ געוויסן רעפֿערענץ פּונקט (למשל, די ערד־איבערפֿלאַך). די פֿאָרמולע איז:
עפּ = מגה
אינפֿאָרמאַציע:
– Ep = גראַוויטאַציאָנעלע פּאָטענציעלע ענערגיע (J)
– מ = מאַסע (קג)
– g = אַקסעלעראַציע צוליב גראַוויטאַציע (m/s²), אויף דער ערד איז עס בכלל 9,8 m/s² (אָפט אַרומגערונדעט צו 10 m/s²)
– ה = הייך (מ)
וואָס העכער אַן אָביעקט איז, אַלץ גרעסער איז זײַן גראַוויטאַציאָנעלער פּאָטענציעלער ענערגיע. למשל, אַ שטיין אויף דעם ברעג פֿון אַ קליף האָט אַ גרויסע מאָס פּאָטענציעלער ענערגיע; אויב ער פֿאַלט, קען יענע ענערגיע ווערן פֿאַרוואַנדלט אין קינעטישע ענערגיע.
ב) פרילינג פּאָטענציעל ענערגיע (עלאַסטיש)
פֿאַר אָביעקטן פֿאַרבונדן דורך פֿעדערן אָדער דערפֿאַרן עלאַסטיסיטי, קען פּאָטענציעלע ענערגיע ווערן געשפּאָרן צוליב דעם אויסציען אָדער קאָמפּרעסירן פֿון דער פֿעדער. די פֿאָרמולע איז:
Ep(פרילינג) = ½ k x²
אינפֿאָרמאַציע:
– k = פֿעדער קאָנסטאַנט (N/m)
– x = פארגרעסערונג אין לענג אדער פארקירצן פון דער פעדער (מ)
פרילינג פּאָטענציעלע ענערגיע איז אָפט געפֿונען אין קאַטאַפּולטן, פאָרמיטל סאַספּענשאַן סיסטעמען, אָדער פרילינג שפּילצייַג.
מעכאנישע ענערגיע פאָרמולע
זינט מעכאנישע ענערגיע איז די סומע פון קינעטישע ענערגיע און פאטענציעלע ענערגיע, דעמאלט:
עמ = עק + עפּ
פֿאַר דעם פאַל פֿון גראַוויטאַציע:
עמ = ½ מ v² + מגה
פֿאַר פֿעדער סיסטעמען (למשל פֿעדערן אויף אַ גלאַטער ייבערפֿלאַך אָן גראַוויטאַציע וואָס האָט אַ גרויסן עפֿעקט אויף דער ריכטונג פֿון באַוועגונג):
עמ = ½ מעטער v² + ½ ק x²
די פֿאָרמולע העלפֿט אונדז אַנאַליזירן ענערגיע ענדערונגען ווען אַן אָביעקט ענדערט פּאָזיציע אָדער גיכקייט.
געזעץ פון קאנסערוואציע פון מעכאנישער ענערגיע
איינע פון די וויכטיגע פרינציפן אין פיזיק איז דער געזעץ פון קאנסערוואציע פון מעכאנישער ענערגיע. דער געזעץ זאגט אז אויב עס זענען נישטא קיין נישט-קאנסערוואטיווע כוחות (ווי למשל רייבונג, לופט קעגנשטאנד, אדער דער שטופ פון א מאטאר וואס פארוואנדלט ענערגיע אין היץ), דעמאלט וועט די גאנצע מעכאנישע ענערגיע פון א סיסטעם בלייבן קאנסטאנט.
מיט אנדערע ווערטער, אונטער אידעאלע באדינגונגען:
עם אָנהייב = עם סוף
דאָס מיינט אַז ענערגיע טוישט נאָר פֿאָרעם פֿון פּאָטענציאַל צו קינעטיש אָדער פֿאַרקערט, אָבער די גאַנצע סומע בלייבט די זעלבע.
אבער, אין דער ווירקלעכקייט, פאסירן אָפט רייַבונג און לופט קעגנשטאַנד, וואָס פאַראורזאַכן אַז עטלעכע מעכאַנישע ענערגיע זאָל ווערן פארוואנדלט אין טערמישע אדער קלאַנג ענערגיע. אין די סיטואַציעס איז מעכאַנישע ענערגיע מער נישט קאָנסערווירט, כאָטש גאַנצע ענערגיע (דאָס הייסט ענערגיע אין אַלע פארמען) בלייבט קאָנסערווירט לויטן אַלגעמיינעם געזעץ פון ענערגיע קאָנסערוואַציע.
ביישפילן פון מעכאנישע ענערגיע אין וואָכעדיק לעבן
1. פרוכט פאלן פון בוים
פרוכט אויף א בוים האט גראַוויטאַציאָנעלע פּאָטענציעלע ענערגיע צוליב איר הייך. ווען די פרוכט הייבט אָן צו פאַלן, ווערט די פּאָטענציעלע ענערגיע פאַרקלענערט און פאַרוואַנדלט אין קינעטישע ענערגיע. גלייך איידער זי שלאָגט דעם באָדן, איז די פרוכט'ס קינעטישע ענערגיע ביי איר מאַקסימום (אויב מען איגנאָרירט לופט קעגנשטאַנד).
2. שווינג (פענדולום)
אויף אַ שווינג, ביי זײַן העכסטן פּונקט, איז די גיכקייט כּמעט נול, אַזוי די קינעטישע ענערגיע איז קליין, אָבער די פּאָטענציעלע ענערגיע איז מאַקסימום. ווי דער שווינג באַוועגט זיך צו זײַן נידעריקסטן פּונקט, פאַרקלענערט זיך די פּאָטענציעלע ענערגיע און די קינעטישע ענערגיע וואַקסט. דער פּראָצעס איבערחזרט זיך, שאַפֿנדיק אַ צוריק- און צוריקגייענדיקע באַוועגונג.
3. ראָולער קאָוסטער
ראָולער קאָוסטערס פאַרלאָזן זיך אויף ענדערונגען אין מעכאַנישער ענערגיע. ווען זיי קריכן אַרויף די שפּיץ פון די רעלסן, פאַרגרעסערט זיך די פּאָטענציעלע ענערגיע. ווען זיי גייען אַראָפּ, ווערט די פּאָטענציעלע ענערגיע קאָנווערטירט צו קינעטישע ענערגיע, וואָס באַשליפּט דעם באַן. די ברעיקינג סיסטעם קאָנווערטירט דאַן מעכאַנישע ענערגיע אין היץ ענערגיע דורך רייַבונג צו זיכער אָפּשטעלן דעם באַן.
4. בויגן־שיסער און בויגן
א געשפּאַנטער בויגן זאַמלט עלאַסטישע פּאָטענציעלע ענערגיע. ווען מען באַפרייט עס, ווערט די פּאָטענציעלע ענערגיע פארוואנדלט אין קינעטישע ענערגיע אין דעם פײַל, וואָס שטופּט אים פאָרויס.
פאַקטאָרן וואָס האָבן אַן השפּעה אויף די סומע פון מעכאַנישער ענערגיע
די מאָס פון מעכאַנישע ענערגיע ווערט באַאיינפלוסט דורך עטלעכע הויפּט וועריאַבאַלן:
– מאַסע (מ): וואָס גרעסער די מאַסע, אַלץ גרעסער טענדירט צו זיין די קינעטישע און פּאָטענציעלע ענערגיע.
– גיכקייט (v): קינעטישע ענערגיע ווערט שטארק באאיינפלוסט דורך גיכקייט ווייל עס איז אפהענגיק פון v².
– הייך (ה): ווי העכער די פאזיציע פונעם אביעקט, אלץ גרעסער די גראוויטאציאנעלע פאטענציעלע ענערגיע.
– פֿעדער קאָנסטאַנט (k) און פֿאַרשייבונג (x): באַשטימען עלאַסטישע פּאָטענציעלע ענערגיע.
פֿאַרשטיין די פֿאַקטאָרן איז וויכטיק פֿאַר אַנאַליזירן מעכאַנישע סיסטעמען, סיי אין פֿיזיק עקספּערימענטן און סיי אין טעקנאַלאָגישער אינזשעניריע ווי פֿאָרמיטל פּלאַן, ספּאָרט עקוויפּמענט און אינדוסטריעלע מאַשינען.
קעסימפּולאַן
מעכאנישע ענערגיע אין פיזיק איז די גאַנצע ענערגיע וואָס אַן אָביעקט פֿאַרמאָגט צוליב זײַן באַוועגונג (קינעטישע ענערגיע) און פּאָזיציע (פּאָטענציעלע ענערגיע). מאַטעמאַטיש ווערט מעכאנישע ענערגיע אויסגעדריקט ווי Em = Ek + Ep. אונטער אידעאַלע באַדינגונגען אָן רייַבונג אָדער קעגנשטעל, ווערט מעכאנישע ענערגיע קאָנסערווירט, דאָס הייסט אַז זי ענדערט נאָר פֿאָרעם אָן פֿאַרקלענערן זיך אין גאַנצער סומע. דער באַגריף איז זייער נוצלעך פֿאַר פֿאַרשטיין פֿאַרשידענע באַוועגונגס-פֿענאָמענען אין נאַטור און טעכנאָלאָגישע אַפּליקאַציעס, פֿון פֿאַלענדיקע אָביעקטן, שווינגס, ראָולערקאָוסטערס, ביז פֿעדער- און בויגן-סיסטעמען.
אויב איר ווילט, קען איך אויך צולייגן פראקטיק פראגעס און זייערע דיסקוסיעס, אזוי אז דער ארטיקל קען אויך זיין א מער פולשטענדיגער לערן-מאטעריאל.
