Energia potencjalna grawitacji na energię mechaniczną: jak przekonwertować, kiedy, gdzie, przykłady i fakty

Każdy obiekt w spoczynku posiadający energię ze względu na swoje położenie pod wpływem siły grawitacyjnej nazywany jest grawitacyjną energią potencjalną.

Zgodnie z prawem zachowania energii, konwersja grawitacyjnej energii potencjalnej na energię mechaniczną polega na przyspieszeniu pracy ciała stacjonarnego. W tym poście dowiesz się więcej o konwersji grawitacyjnej energii potencjalnej na energię mechaniczną oraz faktach.

Praca mechaniczna może mieć postać energii kinetycznej lub potencjalnej.

Jak są powiązane potencjał grawitacyjny i energia mechaniczna?

Pierwsza zasada termodynamiki opisuje, w jaki sposób energia może być przekształcana z jednej postaci w drugą. Wystarczy znać związek między grawitacyjną energią potencjalną i energia mechaniczna.

Masa obiektu i na jakiej wysokości obiekt znajduje się nad poziomem gruntu opisuje grawitacyjną energię potencjalną. Gdy masa i wysokość obiektu wzrastają, grawitacyjna energia potencjalna na obiekcie jest większa; gdy zostanie uwolniony z maksymalnej wysokości, prędkość uzyskana przez obiekt będzie większa; zatem energia mechaniczna jest również większa.

Oznacza to, że energia potencjalna grawitacji i energia mechaniczna mają liniową zależność proporcjonalności.

W jaki sposób grawitacyjna energia potencjalna jest przekształcana w energię mechaniczną?

Twierdzenie o pracy i energii zawsze określa pracę mechaniczną wykonaną w systemie przez przekształcenie energii. Wykorzystując tę ​​zasadę, grawitacyjna energia potencjalna jest zamieniana na energię mechaniczną.

Obiekty w powietrzu posiadają maksymalną energię grawitacyjną zmagazynowaną wewnątrz obiektu. Kiedy ma spaść, zmagazynowana energia jest uwalniana i gotowa do pracy poprzez pozyskiwanie energii mechanicznej.

Kiedy grawitacyjna energia potencjalna jest przekształcana w energię mechaniczną?

Żaden przedmiot nie porusza się, dopóki jakakolwiek siła zewnętrzna go nie uruchomi.

Załóżmy, że przedmiot jest trzymany na określonej wysokości; obiekt posiada maksymalną energię potencjalną grawitacji. Jeśli wywierana jest na nie jakakolwiek siła zewnętrzna, zaczną spadać, uwalniając zmagazynowaną energię potencjalną przez grawitację. Spadający obiekt posiada energię kinetyczną.

Energia kinetyczna nabyta przez przedmiot jest pracą wywieraną na przedmiot, a więc przekształcanie grawitacyjnej energii potencjalnej na energię mechaniczną.

Gdzie grawitacyjna energia potencjalna jest zamieniana na energię mechaniczną?

Potencjał grawitacyjny wzrasta wraz ze wzrostem wysokości. Tak więc, gdy obiekt jest trzymany na maksymalnej wysokości, istnieje większa szansa na uzyskanie maksymalnej energii mechanicznej.

Wraz ze wzrostem wysokości wzrasta grawitacja ciągnąca obiekt w dół. Ten wzrost działania grawitacji na obiekt powoduje, że przyspieszają one, zyskując energię kinetyczną. Wzrost prędkości powoduje, że obiekt przekazuje zmagazynowaną energię potencjalną. Ta przekazywana energia potencjalna jest energią mechaniczną.

Wzór na energię potencjalną grawitacji do energii mechanicznej

Kiedy konwersja potencjału grawitacyjnego energia na mechaniczną pojawia się energia, ciało zaczyna się poruszać, posiadając energię kinetyczną. Suma tej energii kinetycznej i potencjalnej energii grawitacyjnej jest energią mechaniczną posiadaną przez ciało.

Równanie U=mgh podaje potencjalną energię grawitacji ciała, gdzie m to masa ciała, g to siła grawitacji, a h to wysokość.

Energia kinetyczna jest dana przez K=1/2mv² gdzie m to masa, a v to prędkość. Energia mechaniczna wynikająca z grawitacyjnej energii potencjalnej jest dana przez

E=U+K; wyrażenie to opisuje związek między grawitacyjną energią potencjalną a energią mechaniczną.

Grawitacyjna energia potencjalna do mechanicznej efektywności energetycznej

Wydajność przekształcania grawitacyjnej energii potencjalnej w energię mechaniczną wymaga bardzo mniejszej ilości energii grawitacyjnej do wykonania maksymalnej pracy. Wzór podano w następujący sposób;

E_{na zewnątrz} jest energią przekształconą, a E_in jest początkową formą energii.

Ponieważ energia mechaniczna to nic innego jak suma potencjalnej energii kinetycznej i grawitacyjnej, która jest również znana jako całkowita energia układu. Więc równanie można zapisać jako

Grawitacyjna energia potencjalna do przykładów energii mechanicznej

• Wodospady
• Rozbijająca się piłka
• Dojrzewają owoce na drzewie
• Skuter Coaster
• Wahadło
• Podniesione ciężary
• Lot samolotu
• diabelski młyn
• Odbita piłka
• Huśtawki
• Pojazdy na szczycie wzgórza
• Turbiny hydrauliczne
• Skalę ważenia
• Zjeżdżalnie w parku
• Grawitron

Wodospady

Woda, zanim spadnie z klifu, posiada potencjalną energię grawitacyjną; spadając, posiada energię kinetyczną. Suma tych dwóch energii posiadanych przez wodę to energia mechaniczna.

Rozbijająca się piłka

Kula wyburzeniowa służy do wyburzania dużych budynków. Na wysokości nad ziemią kula ma potencjalną energię grawitacyjną; wykonuje pracę mechaniczną na budynku po upuszczeniu.

Dojrzewają owoce na drzewie

Dojrzały owoc przed upadkiem posiada potencjalną energię grawitacyjną. Kiedy zbliża się do upadku, energia potencjalna zamienia się w energię mechaniczną.

Skuter Coaster

Przejażdżka kolejką górską łączy energia potencjalna grawitacji i kinetyczna energia. Na fotelu samochodowym, który odpowiada za ruch samochodu, wykonuje się pewne prace mechaniczne.

Wahadło

Wahadło posiada potencjalną energię grawitacyjną przed kołysaniem. Ta energia jest przekształcana w energię mechaniczną, gdy zaczyna się kołysać.

Podniesione ciężary

Ze względu na wzrost podniesiony ciężar posiada potencjalną energię grawitacyjną. Kiedy jest ściągnięty, zaczyna działać energia mechaniczna.

Lot samolotu

Samoloty mogą sprawnie latać po niebie dzięki konwersji grawitacyjnej energii potencjalnej na energię mechaniczną.

diabelski młyn

Podnoszenie i opadanie kabiny diabelskiego młyna spowodowane jest zamianą grawitacyjnej energii potencjalnej na energię mechaniczną.

Odbita piłka

Kiedy piłka odbija się na określonej wysokości, posiada potencjalną energię grawitacyjną. Podczas odbijania się, prędkość piłki zwiększa się, przekształcając ją w energię mechaniczną.

Huśtawki

Podczas wykonywania huśtawek każdy doświadcza maksymalnej prędkości poruszając się z większej wysokości w kierunku poziomu gruntu. Wynika to z konwersji grawitacyjnej energii potencjalnej na energię mechaniczną.

Pojazdy na szczycie wzgórza

Jeśli zaparkujesz swoje pojazdy na szczycie wzgórza, ma on maksymalną energię potencjalną grawitacji. Jest ona przekształcana w energię kinetyczną podczas ruchu w dół. Działanie energii kinetycznej niesie energia mechaniczna.

Turbiny hydrauliczne

Woda spadająca z pewnej wysokości powoduje obracanie się turbiny. Początkowo woda posiada potencjalną energię grawitacyjną, która działa na turbinę działając mechanicznie.

Skalę ważenia

Działanie równoważące tradycyjnej wagi polega na zamianie grawitacyjnej energii potencjalnej na energię mechaniczną.

Zjeżdżalnie w parku

Ze względu na wzrost dzieciak na szczycie zjeżdżalni posiada potencjalną energię grawitacyjną. Gdy zjeżdża w dół, zaczyna przyspieszać, co jest formą energii mechanicznej.

Grawitron

Grawitron działa na zasadzie siły odśrodkowej i zasady zerowej grawitacji stosowanej w parku rozrywki. Kiedy grawiton zaczyna przyspieszać, grawitacyjna energia potencjalna jest zamieniana na energię mechaniczną, aby wykonać pracę i zapobiec upadkowi.

Wnioski

Z tego postu dowiadujemy się, że zamiana grawitacyjnej energii potencjalnej na energię mechaniczną odbywa się poprzez wytwarzanie energii kinetycznej.

Przeczytaj także:

• Jak zmierzyć energię potencjalną w rozciągniętych lub ściśniętych sprężynach
• Przykład zamiany energii potencjalnej na energię świetlną
• Jak oszacować konwersję energii chemicznej w procesie fotosyntezy
• Jak znaleźć transfer energii w wymianie ciepła
• Energia jądrowa na energię chemiczną
• Przykład zamiany energii elektrycznej na energię promieniowania
• Jak obliczyć energię fotonu
• Czy paliwa kopalne są energią geotermalną?
• Jak określić utratę energii kinetycznej w wypadkach samochodowych w celu poprawy bezpieczeństwa
• Jak obliczyć energię swobodną Gibbsa przy stałej równowagi