Walter Lewin, az MIT professzora bemutatja a mechanikai energia megőrzését
A mechanikus energia megőrzésének elve szerint az izolált rendszer mechanikai energiája időben állandó marad, amíg mivel a rendszer mentes a súrlódástól és más nem konzervatív erőktől. Bármely valós helyzetben vannak súrlódási erők és más, nem konzervatív erők, de sok esetben ezek hatása a rendszerre olyan kicsi, hogy a mechanikai energia megőrzésének elve tisztességes közelítésként használható. Noha az energiát nem lehet létrehozni vagy megsemmisíteni egy elszigetelt rendszerben, az átalakítható egy másik energiaformává.
Swinging pendulumEdit
lengő inga a sebességvektorral (zöld) és a gyorsulási vektorral (kék). Az inga sebességvektorának, sebességének nagysága a függőleges helyzetben a legnagyobb, az inga pedig a Földtől a legtávolabbi helyzetben van.
Egy olyan mechanikus rendszerben, mint egy lengő inga, amely a konzervatív gravitációs erőnek van kitéve, ahol a súrlódási erők, mint például a léghúzás és a forgás a forgástengelynél, elhanyagolhatók, az energia oda-vissza halad a kinetikus és a potenciális energia között, de soha nem hagyja el a rendszert . Az inga függőleges helyzetben éri el a legnagyobb mozgási energiát és a legkevesebb potenciális energiát, mert ebben a pontban lesz a legnagyobb sebessége és a Földhöz legközelebb áll. Másrészt a legkisebb mozgási energiája és a legnagyobb potenciális energiája a lengés szélső pontjain lesz, mert nulla a sebessége, és ezeken a pontokon van a legtávolabb a Földtől. Azonban a súrlódási erők figyelembevételével a rendszer minden lengéskor elveszíti a mechanikai energiát, mivel ezek a nem konzervatív erők negatívan végzik az inga működését. cikk: Irreverzibilis folyamat
Az, hogy egy rendszerben a mechanikai energia elvesztése mindig a rendszer hőmérsékletének emelkedését eredményezte, már régóta ismert, de James Prescott Joule amatőr fizikus volt az első kísérletileg bebizonyította, hogy a súrlódás ellen végzett bizonyos mennyiségű munka egy meghatározott hőmennyiséget eredményezett-e, amelyet az anyagot tartalmazó részecskék véletlenszerű mozgásaként kell felfogni. Ez a mechanikai energia és a hő közötti ekvivalencia különösen fontos az ütköző tárgyak mérlegelésekor. rugalmas ütközés, a mechanikai energia konzerválódik – az ütköző tárgyak mechanikai energiáinak összege megegyezik az ütközés előtt és után. Rugalmas ütközés után azonban a rendszer mechanikai energiája megváltozik. Az ütközés előtti mechanikai energia általában nagyobb, mint az ütközés utáni mechanikai energia. Rugalmas ütközések esetén az ütköző tárgyak mechanikai energiájának egy része átalakul az alkotó részecskék mozgási energiájává. Az alkotó részecskék kinetikus energiájának ezt a növekedését a hőmérséklet növekedésének érzékelik. Az ütközést úgy lehet leírni, hogy az ütköző tárgyak mechanikai energiájának egy részét azonos mennyiségű hővé alakították át. Így a rendszer teljes energiája változatlan marad, bár a rendszer mechanikai energiája csökkent.
SatelliteEdit
E mechanikus = U + K {\ displaystyle E _ {\ mathrm {mechanikus}} = U + K} E mechanikus = – GM mr + 1 2 mv 2 {\ displaystyle E _ {\ mathrm {mechanikus}} = – G {\ frac {Mm} { r}} \ + {\ frac {1} {2}} \ mv ^ {2}}
Ha a műhold körkörös pályán van, akkor az energiatakarékossági egyenlet tovább egyszerűsíthető:
E mechanikus = – GM m 2 r {\ displaystyle E _ {\ mathrm {mechanical}} = – G {\ frac {Mm} {2r}} \}
mivel körkörös mozgásban Newton második mozgástörvénye felfogható
GM mr 2 = mv 2 r {\ displaystyle G {\ frac {Mm} {r ^ {2}}} \ = {\ frac {mv ^ {2}} {r}} \}
