Mehanička energija
Mehanička energija je energija koju telo poseduje kao celina. Ne zanima nas njegova temperatura, da li je radioaktivno ili može da izgori – jedino nas zanima energija koju telo ima zbog svog kretanja ili položaja. Ovu energiju nazivamo mehanička energija.
Vrste mehaničke energije
Postoje dva osnovna vida mehaničke energije:
- Kinetička energija – energija koju telo ima zato što se kreće.
- Potencijalna energija – energija koju telo ima zbog svog položaja u gravitacionom polju.
Kinetička energija
Kinetička energija zavisi od mase tela i njegove brzine. Izračunava se po formuli:
$ E_k = \frac{m \cdot v^2}{2} $
gde je:
- $E_k$ – kinetička energija (u džulima, J),
- $m$ – masa tela (u kilogramima, kg),
- $v$ – brzina tela (u metrima u sekundi, m/s).
Važno: Ako se brzina tela udvostruči, kinetička energija se poveća četiri puta, jer u formuli brzina stoji na kvadrat.
Kako telo stiče kinetičku energiju?
Ako telo miruje, može steći kinetičku energiju ako na njega deluje neka sila $F$ koja ga pokrene. Tokom delovanja sile telo dobija brzinu $v$, pa se povećava i njegova kinetička energija.
Što je duži put $s$ duž kojeg sila deluje, to je promena kinetičke energije veća. Ovu promenu možemo izračunati kao proizvod sile i puta:
$ A = F \cdot s $
Ovaj proizvod nazivamo mehanički rad. Danas se rad često obeležava slovom $W$ umesto $A$.
Mehanički rad i energija
Mehanički rad nam pokazuje koliko se energije prenelo na telo. Međutim, nećemo uvek primetiti da se kinetička energija povećala onoliko koliko je rad izvršen nad telom. Zašto? Zato što sile otpora (npr. trenje) deo energije pretvaraju u toplotu.
Potencijalna energija
Mehanički rad ne mora uvek da menja samo kinetičku energiju. Zamislimo da na telo mase $m$ deluje sila $F$ koja ga podiže vertikalno na visinu $h$. Ako je sila minimalna potrebna za podizanje tela, ona je jednaka težini tela: $F = mg$.
Rad potreban za podizanje tela na visinu $h$ je:
$ A = m \cdot g \cdot h $
Ova energija se ne vidi kao kinetička, jer telo miruje na visini $h$. Međutim, ona se nalazi u sposobnosti tela da padne i izvrši rad. Ovu energiju nazivamo potencijalna energija:
$ E_p = m \cdot g \cdot h $
gde je:
- $E_p$ – potencijalna energija (u džulima, J),
- $m$ – masa tela (u kilogramima, kg),
- $g$ – ubrzanje zemljine teže (oko $9.81 , \text{m/s}^2$),
- $h$ – visina (u metrima, m).
Pretvaranje energije
Kinetička i potencijalna energija mogu se pretvarati jedna u drugu bez gubitaka – ali samo ako nema sila otpora (npr. trenja ili otpora vazduha).
Pitanje za razmišljanje:
Ako se klatno podigne na visinu i pusti da se ljulja, kako se menjaju kinetička i potencijalna energija tokom njegovog kretanja?