- Che cos'è l'energia meccanica?
- Tipi di energia meccanica
- Esempi di energia meccanica
- Energia cinetica e potenziale meccanica
Spieghiamo cos'è l'energia meccanica e come può essere classificata. Inoltre, esempi ed energia meccanica potenziale e cinetica.
Che cos'è l'energia meccanica?
L'energia meccanica è la somma dell'energia cinetica e dell'energia potenziale di un corpo o sistema. L'energia cinetica è l'energia che i corpi hanno in movimento, poiché dipende dalle loro velocità e dalle loro masse. L'energia potenziale, invece, è associata al lavoro di forze dette conservative, come le forze elastiche e gravitazionali, che dipendono dalla massa dei corpi e dalla loro posizione e struttura.
Il Principio di conservazione dell'energia stabilisce che l'energia meccanica si conserva (rimane costante) fintanto che le forze agenti sul corpo o sul sistema sono conservative, cioè non fanno perdere energia al sistema. Questo principio può essere scritto matematicamente come segue:
Emec = Ec + Ep = cte
doveEc è ilEnergia cinetica del sistema eEP il suoenergia potenziale, che può essere gravitazionale, elastico, elettrico, ecc.
Questa relazione non vale se il sistema è influenzato da forze non conservative. Ad esempio, nel caso di movimenti su superfici con attrito (come la maggior parte delle superfici), l'energia cinetica si dissipa sotto forma di calore. L'energia meccanica di un sistema può essere dispersa anche sotto forma di calore, ad esempio nei sistemi termodinamici in cui l'energia meccanica può essere convertita in termico.
L'energia meccanica è spesso utilizzata per svolgere un lavoro o convertirlo in altre forme di energia, come ilenergia idraulica (quando l'uomo sfrutta l'energia potenziale dell'acqua che cade per compiere un lavoro). Un altro esempio è l'energia eolica oEnergia dell'acqua di mare, che utilizza l'energia cinetica del vento e delle maree per trasformarle in un altro tipo di energia utile.
Tipi di energia meccanica
L'energia meccanica è la somma delle seguenti energie:
- Energia cinetica. È l'energia posseduta dagli oggetti o da un sistema in movimento, e che dipende dalla loro velocità e dalla loro massa. Ad esempio: una palla in movimento.
- Energia potenziale. È l'energia associata alla posizione di un corpo all'interno di un campo di forza conservativo, come quello gravitazionale, elastico, elettrico, ecc. A sua volta, l'energia potenziale può essere di due tipi:
- Energia potenziale gravitazionale. È l'energia che è dovuta all'azione delgravità sopra i corpi. Ad esempio: un oggetto che cade da una certa altezza.
- Energia potenziale elastica. È l'energia posseduta dai sistemi deformati da a forza. L'energia rimane nel sistema fino a quando la forza non viene più applicata e quindi il sistema ritorna alla sua forma originale, trasformando l'energia elastica in energia cinetica. Ad esempio: una molla che viene allungata o contratta per mezzo di una forza esterna che, quando non viene applicata, permette alla molla di tornare nella sua posizione normale, di equilibrio.
Esempi di energia meccanica
Alcuni possibili esempi di energia meccanica nelle sue diverse forme sono i seguenti:
- Un carrello sulle montagne russe. Nel suo punto più alto, il carrello avrà accumulato abbastanza energia potenziale gravitazionale (dovuta all'altezza) per cadere liberamente un secondo dopo e convertirla tutta in energia cinetica (dovuta al movimento) e raggiungere velocità incredibili.
- Un mulino a vento. L'energia cinetica del vento fornisce una spinta alle pale del mulino che si trasforma in lavoro meccanico: ruotando l'ingranaggio che macinerà i chicchi più in basso.
- un pendolo L'energia potenziale gravitazionale delpeso viene convertita in energia cinetica per farla muovere lungo il suo percorso, conservando l'energia meccanica totale.
- Un trampolino di lancio. Il bagnante che si lancia da un trampolino utilizza il suo peso (energia potenziale gravitazionale) per deformare il trampolino verso il basso (energia potenziale elastica) e questa, quando riprende la sua forma, lo spinge verso l'alto aumentando la sua altezza (maggiore potenziale gravitazionale) che lo agiscono viene spesso convertita in energia cinetica durante la caduta libera in acqua.
Energia cinetica e potenziale meccanica
Come è già stato detto, l'energia meccanica coinvolge due energie: cinetica e potenziale.
Il primo è calcolabile con la semplice formula diEc = ½ m. v2 e la tua unità di misurazione in Sistema internazionale saranno i Joule (J).
L'energia potenziale è invece la quantità di energia immagazzinata nel sistema a causa della sua particolare configurazione o del suo posizionamento rispetto a un campo di forze (gravitazionali, elastiche o elettromagnetiche). Questa energia è in grado di essere convertita in altre forme di energia, come la cinetica stessa.