30. Mechanikai energia

Kérdés: Minél magasabbról ejtjük le a követ, annál nagyobbat csobban a vízben, vagy a homokban.
A gyorsító erő nem függ az elengedés magasságától.
Akkor vajon milyen fizikai mennyiség jellemzi az eső testet?

1. Az energia fogalma:

A testek/mezők változtató képességének a mértéke az energia.
Jele: E (energy)
Mértékegysége: Joule, J
(illetve a kalória, cal)
1 cal = 4,1868 J

Kérdés:
Melyik terméket népszerűsít a kép?

2. Az energia fajtái:

Mindennek van energiája!
Kérdés:
A felsoroltak közül melyek azok, amelyek mechanikai jellegűek?

• fény energia
• hang energia
• mozgási (kinetikus) energia (szél, víz energia is ide tartozik)
• forgási energia
• nukleáris (atom)energia
• elektromos energia
• mágneses energia
• kémiai energia
• rugalmas energia
• helyzeti (gravitációs) energia
• hő energia (geotermikus energia is)
• belső energia.

 mechanikai energia = olyan energia, amely mechanikai jelenségekből származik, vagyis a mozgási, forgási, rugalmas, és helyzeti energia együtt.
nem mechanikai energia = nem mechanikai jelenségből származó energia, pl. hőenergia.

3. A mechanikai energia fajtái:

A. Mozgási energia:
A mozgási energia értéke egyenlő a kezdősebesség nélküli m tömegű test v sebességre való felgyorsításához szükséges munka értékével. 

Képlete: Em = 1/2mv²
ahol

• m = tömeg
• v = sebesség

B. Forgási energia:
Képlete: Ef = 1/2Θω²
ahol

• Θ = tehetetlenségi nyomaték
• ω = szögsebesség

C. Rugalmas energia:
 A rugalmas erő munkája a rugalmas energia változásával egyenlő.
Képlet: Er = 1/2Dx²
ahol

• D = rugóállandó
• x = megnyúlás

D. Helyzeti energia:
Az emelési munka értéke egyenlő a helyzeti energia megváltozásával.
Képlettel: Eh = mgh
ahol

• m = tömeg
• g = nehézségi gyorsulás
• h = magasság

Megjegyzések:

• A nulla szint megválasztása önkényes jellegű.
• A gödörben lévő test helyzeti energiája negatív. Ilyenkor pozitív energiát kell befektetni ahhoz, hogy a test a nulla szintre kerüljön.

4. Helyzetelemzések

A.
Rita nem túl energikus ma reggel.
Milyen energiafajtákat látunk a szobájában?
B.
Elektromos főzőlapon vizet melegítünk.
Minek és hogyan változik az energiája a folyamat során?
Elektromos energia – csökken
Főzőlap belső energiája – nő
Víz belső energiája – nő
Levegő (környezet) belső energiája - nő

C.
Rugóval golyót lökünk el.
Milyen energiája és hogyan változik a két testnek a folyamat során?
A golyónak a mozgási energiája nő
A rugónak a rugalmas energiája csökken

D.
Milyen energiája hogyan változik a szánkónak miközben a lejtő aljára ér?
Mozgási energia nő
Gravitációs energia csökken

E.
Milyen energia változik és hogyan a nyílvessző kilövése során?
Mozgási energia nő
Rugalmas energia csökken

5. Igaz-hamis állítások:

1. A mozgó autónak csak mozgási energiája van.
2. Az energia mértékegysége a joule.
3. A szánkót húzó gyerek munkát végez.
4. Minden testnek van belső energiája.
5. A mozgó autó mozgási energiája egyre nő.
6. 1 J a munka, ha 1 N erőhatás közben 1 m az elmozdulás.

6. Számolásos feladatok:

1. Mekkora a mozgási energiája az 1,2t tömegű autónak, ha a sebessége 75km/h?
2. Mekkora a forgási energiája a 5 1/perc szögsebességű testnek, amelynek a tehetetlenségi nyomatéka 3,5kgm²?
3. Mekkora a helyzeti energiája az 5g tömegű testnek 250cm magasságban?
4. Mekkora a rugalmas energiája az 1200N/m rugóállandójú rugónak, ha a megnyúlás 6cm?