Механичка енергија

Обележава се са Е, а јединица јој је џул (Ј). Енергија Енергија тела је величина која показује колики рад може да изврши то тело. Обележава се са Е, а јединица јој је џул (Ј). Реч енергија долази од грчке речи енергеиа што значи рад, пословање; учинак. Енергија се јавља у више различитих облика: механичка, топлотна, хемијска, електрична, магнетна, светлосна, нуклеарна итд. У овој лекцији бавићемо се механичком енергијом. Механичка енергија се јавља у два вида, као потенцијална и кинетичка енергија.

Потенцијална енергија Потенцијална енергија се обележава са Ep, а јединица јој је џул (Ј). Да би се неко тело подигло на одређену висину треба извршити рад, што истовремено представља и његову потенцијалну енергију. Ова енергија се назива гравитациона потенцијална енергија.

Ако су тела еластична могу располагати потенцијалном енергијом. Та енергија се назива еластична потенцијална енергија. Истегнута опруга или сабијени ваздух располажу потенцијалном енергијом на основу промењеног положаја између њихових молекула. Због дејства еластичних сила у овим телима, она се враћају у свој првобитни облик, па су у стању да изврше рад. Енергија која је условљена узајамним положајем тела, или молекула једног истог тела, назива се потенцијална енергија.

Гравитациона потенцијална енергија Рад који треба извршити да би се неко тело подигло на одређену висину, као што смо рекли, истовремено представља и његову потенцијалну енергију и износи: Како је добија се: Ово је израз важи за гравитациону потенцијалну енергију, а еластична потенцијална енергија се одређује на други начин.

Потенцијална енергија тела у пољу Земљине теже не зависи од дужине пута који тело пређе при дизању на неку висину, већ само од висинске разлике h почетног (А) и крајњег (B) положаја. Ово значи да је извршени рад увек једнак, без обзира да ли се тело на неку висину диже вертикално навише (а), по косој равни (b) или по некој кривој линији (c).

на некој висини h његова потенцијална енергија ће бити позитивна, Пошто нулти висински ниво (h=0) код рачунања Ep можемо узети произвољно, потенцијална енергија може бити и негативна. Ако је, на пример, узето да тело на површини Земље има потенцијалну енергију нула, на некој висини h његова потенцијална енергија ће бити позитивна, а у јами на дубини h1 негативна.

1. Тело масе 12 kg, налази се на висини од 10 m

2. На коју висину треба подићи тело тежине 6 N, да би његова потенцијална енергија била 120 Ј?

Кинетичка енергија Енергија коју тело има услед свог кретања зове се кинетичка енергија. Обележава се са Ek, а јединица јој је џул (Ј). Да бисмо испитали од чега зависи кинетичка енергија тела користићемо косо постављену даску са жлебом, неколико гвоздених куглица различитих маса и дрвени квадар. Куглица удара у квадар и помера га. Квадар се највише помера када се куглица спушта са највише тачке стрме равни, јер у том случају куглица има највећу брзину у тренутку удара. Ако се из исте тачке пуштају куглице различитих маса, онда се квадар највише помера кад у њега удари куглица највеће масе.

Тачнија мерења показала би да је Можемо закључити да кинетичка енергија зависи од масе тела и од његове брзине. Тачнија мерења показала би да је кинетичка енергија управо сразмерна маси тела и квадрату његове брзине.

3. Колика је кинетичка енергија тела, масе 5 kg, када се креће брзином 10 m/s?

4. Маглев (Maglev – Magnetic Levitation Trains) у Шангају може да развије брзину од 501 km/h. Маса самог воза је 50 t, и може да носи терет од 20 t. Колика је његова максимална кинетичка енергија? Пронађите на интернету податке о овим возовима.

5. “Била је величине омање куће, тежила је девет хиљада тона и кретала се брзином од педесет хиљада километара на час. Док је пролазила изнад Великог Тетонског националног парка, један спретни туриста фотографисао је усијану ватрену лопту и њен дугачки траг паре. За мање од два минута просекла је Земљину атмосферу и вратила се у свемир. Да је дошло до и најмање промене њене орбите током више милијарди година колико већ кружи око Сунца могло се десити да падне на било који од великих земаљских градова... И изазове експлозију петоструко јачу од оне коју је начинила бомба што је уништила Хирошиму. Било је то 10. августа 1972.” Артур Кларк: „Божији чекић“ Процените кинетичку енергију објекта о коме пише славни енглески писац научне фантастике. Упоредите ту величину са енергијом која се ослобађа при тешком потресу тла и која је реда величине 1020 Ј.

Потражите на интернету податке о овом догађају. 6. Тог 10. августа 1972. смо имали среће. И пре тога, 30. јуна 1908. смо имали среће. Земљу је погодила комета, али је пала у ретко насељену област у Сибиру у којој живе Тунгузи. Сравнила је око 2000 квадратних километара шуме и добила име “тунгуски догађај”. Ево шта о томе каже Карл Сеган у књизи “Космос”: “Узрочник тунгуског догађаја вероватно је био комад ледене комете, пречника око сто метара – што одговара размерама фудбалског игралишта; ово ђуле, тешко милион тона, кретало се брзином од око тридесет километара у секунди, односно сто осам хиљада километара на час.” Потражите на интернету податке о овом догађају. Процените кинетичку енергију ове комете и упоредити је са годишњом потрошњом енергије у свету која је реда величине 1022 Ј.

Механичка енергија Тела могу располагати кинетичком или потенцијалном енергијом, или истовремено и једном и другом. Тело које слободно пада или ђуле испаљено из овог старинског топа у тачкама у којима су приказани имају и кинетичку и потенцијалну енергију.

Укупна механичка енергија у сваком тренутку је једнака збиру Потенцијална и кинетичка енергија представљају два вида механичке енергије. Укупна механичка енергија у сваком тренутку је једнака збиру кинетичке и потенцијалне енергије.