機械エネルギー – 力が物体に作用して物体を移動させるとき、仕事が行われると言われます。仕事には力を使って物体を動かすことが伴います。オブジェクトに対する仕事が完了すると、オブジェクトはエネルギーを収集します。
機械エネルギーは、動作する物体によって獲得されるエネルギーの量です。この記事では、機械エネルギーの公式と例、および機械エネルギーの概念と構成要素について説明します。
目次
力学的エネルギー
物体の運動エネルギーと位置エネルギーの合計は、機械エネルギーと呼ばれます。特定のタスクを実行した結果として蓄積されます。別の言い方をすると、物体の速度または位置、あるいはその両方に基づいて物体のエネルギーを特徴付けることができます。
その位置から、その物体が位置エネルギーを持っていることがわかります。オブジェクトを特定の高さに設置するにはある程度の労力が必要になるためです。さらに、物体は移動するために行う仕事のため、運動エネルギーを持っています。物体が動くとき、その位置エネルギーはゼロであると仮定されます。一方、静止しているときの運動エネルギーは0になります。
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力学的エネルギーの公式
機械エネルギーの式は次のようになります。
機械エネルギー (M.E.) = 運動エネルギー (K.E.) + 位置エネルギー (P.E.)
どこ、
- 運動エネルギー (K.E.) = (1/2)mv2
- 位置エネルギー (P.E.) = m × g × h
∴機械エネルギー (M.E.) = ((1/2)mv 2 ) + (m × g × h)
どこ、
- m = 物体の質量、
- v = 物体の速度、
- g = 重力による加速度、
- h = 地面からの物体の高さ。
機械エネルギーの例
ランニングまたはウォーキング : 走ったり歩いたりすると、体は食物からの化学エネルギーを機械エネルギーに変換し、前に進みます。
揺れる振り子: スイング振り子は、スイングの最高点の位置エネルギーと最低点の運動エネルギーの間で往復振動するときに機械的エネルギーを示します。
移動車両 : 車、電車、自転車などの乗り物は、燃料や人間のエネルギーを機械エネルギーに変換して、ある場所から別の場所に移動します。
バッシュエリフ
スプリングを伸ばす: ばねを伸ばすと、ばねを変位させる力が加えられ、ばね内に潜在的な機械的エネルギーが蓄えられます。
回転ブレード: 飛行機の風力タービンとプロペラは、風力やエンジンの力を機械エネルギーに変換して、発電したり飛行機を前進させたりします。
機械エネルギーは位置ですか、それとも運動ですか?
機械エネルギーは、位置エネルギーまたは運動エネルギーのいずれかになります。位置エネルギーは物体の位置や状態に関係し、運動エネルギーはその動きに関係します。 。持ち上げられた重り (位置エネルギー) と動くボール (運動エネルギー) を考えてみましょう。
機械エネルギーを電気エネルギーに変換する
- 機械エネルギーを電気エネルギーに変換するには、機械システムの物理的な運動または位置エネルギーを電力に変換する必要があります。
- このプロセスはさまざまな技術に活用されています 風や水流などの機械的な力によってタービンを回転させる発電機など 。
- タービンは、電磁誘導を通じて機械エネルギーを電気エネルギーに変換します。
- 圧電材料は、機械的応力や振動を電気エネルギーに直接変換することもできます。
- この変換の応用例は次のとおりです。 センサー、エネルギーハーベスティングデバイス、ウェアラブルテクノロジー。
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質問例
質問 1: 機械エネルギーを定義します。
答え :
物体の運動エネルギーと位置エネルギーの合計は、機械エネルギーと呼ばれます。物体の運動エネルギーはその動きに関係し、位置エネルギーはその位置に関係します。物体に動きがない場合、総機械的エネルギーはその物体に存在する位置エネルギーのみになります。同様に、物体の位置も物体の方向も変化しない場合、物体には位置エネルギーがありません。
質問 2: 地上から特定の高度で飛行する物体には、500 J の運動エネルギーと 738 J の位置エネルギーがあります。関与する総機械エネルギーを計算します。
解決：
与えられた: K.E. = 500 J、PE = 738J
以来、
機械エネルギー (M.E.) = 運動エネルギー (K.E.) + 位置エネルギー (P.E.)
∴M.E. = 500 + 738
∴ M.E. = 1238 J
質問 3: 高さ 23 m、質量 150 kg の建物に人が座っています。どれだけの機械的エネルギーがあるかを調べます。
解決：
与えられた条件: h = 23 m、m = 150 kg、K.E. = 0 (静止位置にいる人)
以来、
機械エネルギー (M.E.) = ((1/2)mv2) + (m × g × h)
∴M.E = 0 + 150 × 9.81 × 23
∴M.E. = 150 × 9.81 × 23
∴ M.E. = 33810 J
質問 4: 10 ミリ秒で移動する 21 kg の物品の機械エネルギーを計算してください。 -1 スピード。
解決：
与えられた場合: m = 21 kg、v = 10 ミリ秒-1、P.E = 0 (物体は動いている)
以来、
機械エネルギー (M.E.) = ((1/2)mv2) + (m × g × h)
∴M.E. = ((1/2) × 21 × 102))+0
∴ M.E. = 1050 J
質問 5: 物体の運動エネルギーが 230 J、物体の位置エネルギーが 300 J の場合、機械エネルギーを求めます。
解決：
与えられた: K.E. = 230 J、PE = 300J
以来、
機械エネルギー (M.E.) = 運動エネルギー (K.E.) + 位置エネルギー (P.E.)
∴M.E. = 230 + 300
∴ M.E. = 530 J
質問 6: 自動車が 18 m/s の速度で移動し、その質量が 7 kg であるときの力学的エネルギーを計算してください。
解決：
与えられた場合: m = 7 kg、v = 18 ミリ秒-1、PE = 0 (車が動いている)
以来、
機械エネルギー (M.E.) = ((1/2)mv2) + (m × g × h)
∴M.E. = ((1/2) × 7 × 182))+0
∴ M.E. = 1134 J
機械エネルギーの結論
機械エネルギーは、ポテンシャル形式と運動形式の両方を包含する物理学の基本概念です。物体の位置の蓄積エネルギーであれ、運動のエネルギーであれ、機械エネルギーはさまざまな自然現象や人工技術において重要な役割を果たします。機械エネルギーがどのように機能するかを理解すると、発電から日常の機器への電力供給に至るまで、それを実際の用途に利用できるようになります。このエネルギー変換プロセスは引き続きイノベーションを推進し、現代世界を形作っています。
機械エネルギー - FAQ
機械エネルギーとは何ですか?
機械エネルギーは、物体の運動 (運動エネルギー) または位置 (位置エネルギー)、またはその両方の組み合わせによって物体が持つエネルギーです。
機械エネルギーはどのように計算されますか?
物体の総機械エネルギーは、該当する場合、その運動エネルギー (0.5 * 質量 * 速度^2) と位置エネルギー (質量 * 重力 * 高さ) の合計です。
機械エネルギーにはどのような種類がありますか?
機械エネルギーには主に 2 つのタイプがあります。1 つは物体の動きに関連する運動エネルギー、もう 1 つは物体の位置または状態に関連する位置エネルギーです。
機械エネルギーの例にはどのようなものがありますか?
機械的エネルギーの例には、揺れる振り子、動いている車、伸びたバネ、回転するボール、その他の動きや位置が関係するものが含まれます。
機械エネルギーは仕事にどのように関係しますか?
力によって物体が遠くまで移動すると、物体に仕事が生じます。機械エネルギーは、仕事が物体に、または物体からエネルギーを伝達し、その機械エネルギーを変化させることができるという点で、仕事に関連しています。
機械エネルギーは他の形態のエネルギーに変換できますか?
はい、機械エネルギーは、発電機の電気エネルギー、摩擦による熱エネルギー、物体が振動するときの音エネルギーなど、他の形式のエネルギーに変換できます。
機械エネルギーは保存されるのでしょうか？
機械エネルギー保存則によれば、摩擦や空気抵抗などの非保存力が存在しない場合、システムの総機械エネルギーは一定のままです。
機械エネルギーは日常生活の中でどのように使われていますか?
機械エネルギーは、乗り物（車、自転車）から家庭用電化製品（ミキサー、エレベーター）、スポーツ（ランニング、ジャンプ）まで、日常生活の中で数え切れないほどの方法で使用されています。
機械エネルギーの実際の応用例にはどのようなものがありますか?
機械エネルギーの実際の用途には、風力タービンや水力発電ダムなどの再生可能エネルギー源のほか、製造や建設で使用される機械や設備が含まれます。
機械エネルギーを最適化またはより効率的に利用するにはどうすればよいでしょうか?
機械エネルギーは、摩擦やその他のエネルギー損失源を削減し、機械の設計と効率を改善し、先進的な材料と技術を利用することによって最適化できます。