Profesor MIT Walter Lewin demonstrujący zachowanie energii mechanicznej
Zgodnie z zasadą zachowania energii mechanicznej, energia mechaniczna izolowanego systemu pozostaje stała w czasie, dopóki ponieważ system jest wolny od tarcia i innych niekonserwatywnych sił. W każdej rzeczywistej sytuacji występują siły tarcia i inne niekonserwatywne siły, ale w wielu przypadkach ich wpływ na system jest tak mały, że zasadę zachowania energii mechanicznej można wykorzystać jako rzetelne przybliżenie. Chociaż energii nie można wytworzyć ani zniszczyć w izolowanym systemie, można ją przekształcić w inną formę energii.
Wahadło wahadłoweEdit
Wahadło wahadłowe z wektorem prędkości (zielony) i wektorem przyspieszenia (niebieski). Wielkość wektora prędkości, prędkość wahadła jest największa w pozycji pionowej, a wahadło jest najbardziej oddalone od Ziemi w swoich skrajnych położeniach.
W układzie mechanicznym, takim jak wahadło wahadłowe, poddane działaniu zachowawczej siły grawitacji, w którym siły tarcia, takie jak opór powietrza i tarcie na osi, są pomijalne, energia przepływa tam iz powrotem między energią kinetyczną i potencjalną, ale nigdy nie opuszcza układu . Wahadło osiąga największą energię kinetyczną i najmniej potencjalną energię w pozycji pionowej, ponieważ będzie miało największą prędkość i będzie w tym miejscu najbliżej Ziemi. Z drugiej strony będzie miał najmniejszą energię kinetyczną i największą energię potencjalną w skrajnych pozycjach swojego wychylenia, ponieważ ma zerową prędkość i jest najdalej od Ziemi w tych punktach. Jednak biorąc pod uwagę siły tarcia, system traci energię mechaniczną z każdym ruchem z powodu negatywnej pracy wykonanej na wahadle przez te niekonserwatywne siły.
IrreversenciesEdit
Od dawna wiadomo, że utrata energii mechanicznej w systemie zawsze powodowała wzrost temperatury systemu, ale to fizyk amator James Prescott Joule jako pierwszy eksperymentalnie wykazał, jak pewna ilość pracy wykonanej przeciwko tarciu skutkowała określoną ilością ciepła, które należy postrzegać jako przypadkowe ruchy cząstek, które składają się na materię. Ta równoważność energii mechanicznej i ciepła jest szczególnie ważna przy rozważaniu zderzających się obiektów. zderzenie sprężyste zachowuje energię mechaniczną – suma energii mechanicznych zderzających się obiektów jest taka sama przed i po zderzeniu. Jednak po zderzeniu nieelastycznym zmieni się energia mechaniczna systemu. Zwykle energia mechaniczna przed zderzeniem jest większa niż energia mechaniczna po zderzeniu. W zderzeniach nieelastycznych część energii mechanicznej zderzających się obiektów jest przekształcana w energię kinetyczną cząstek składowych. Ten wzrost energii kinetycznej cząstek składowych jest postrzegany jako wzrost temperatury. Zderzenie można opisać mówiąc, że część energii mechanicznej zderzających się obiektów została zamieniona na taką samą ilość ciepła. Zatem całkowita energia systemu pozostaje niezmieniona, chociaż energia mechaniczna systemu zmniejszyła się.
SatelliteEdit
E mechaniczne = U + K {\ Displaystyle E _ {\ mathrm {mechaniczny}} = U + K} E mechaniczne = – GM pan + 1 2 mv 2 {\ displaystyle E _ {\ mathrm {mechaniczny}} = – G {\ Frac {Mm} { r}} \ + {\ frac {1} {2}} \ mv ^ {2}}
Jeśli satelita znajduje się na orbicie kołowej, równanie zachowania energii można dodatkowo uprościć do
E mechaniczna = – GM m 2 r {\ Displaystyle E _ {\ mathrm {mechaniczne}} = – G {\ Frac {Mm} {2r}} \}
ponieważ w ruchu okrężnym 2. zasada dynamiki Newtona może być uznana za
GM pan 2 = mv 2 r {\ displaystyle G {\ Frac {Mm} {r ^ {2}}} \ = {\ Frac {mv ^ {2}} {r}} \}
