Energia mechaniczna

Wirująca nakrętka posiada energię mechaniczną przekazaną jej w trakcie rozpędzania.

Energia gr. ενεργεια (energeia) – skalarna wielkość fizyczna charakteryzująca stan układu fizycznego (materii) jako jego zdolność do wykonania pracy.

Energia może zmieniać swoją postać, jednak nie może być tworzona ani niszczona (zasada zachowania energii).

Przykłady form energii

energia mechaniczna
- energia kinetyczna
- energia potencjalna
energia elektryczna
energia magnetyczna (jednostką jest J/m³)
energia chemiczna
energia jądrowa
energia potencjałów termodynamicznych
energia sprężystości
energia cieplna

Jednostką energii w układzie SI jest dżul (1J) – jednostka pracy, energii oraz ciepła w układzie SI, oznaczana J.

Energia

Układ

Wymiar

\left[ \mathrm{\frac{kg\cdot m^2}{s^2}} \right]

Jednostka

pracy, energii, ciepła

Typowe symbole wielkości

W, E, Q

w jednostkach SI

\mathrm{1\,J=\frac{1\,kg\cdot m^2}{1\,s^2}}

Źródło nazwy

James Prescott Joule

Energia jest miarą zdolności układu fizycznego (materii) do wykonania pracy lub spowodowania przepływu ciepła.

Przepływ energii

Zgodnie z przyjętym sposobem opisu procesów fizycznych energia może być w tych procesach przekazywana (przenoszona) z jednego obiektu (układu) fizycznego do drugiego

Kategorie: Mechanika Termodynamika

Energia przepływa:

kołyska Newtona

Koło zamachowe – koło o dużym momencie bezwładności, wykorzystywane do krótkotrwałego magazynowania energii mechanicznej. Jest prostym akumulatorem mechanicznym gromadzącym energię kinetyczną. Stosowane w szeroko pojętej mechanice, znajduje zastosowanie zarówno w prostych konstrukcjach (np. koło garncarskie), jak i w nowoczesnych silnikach.

Koło zamachowe wydrążone

Koło zamachowe wypełnione

Fizyka koła zamachowego

Energia kinetyczna obracającego się koła zamachowego wyraża się wzorem:

*E_k*	=	1	∙	I	∙	ω²
		2

Moment bezwładności koła zamachowego całkowicie wypełnionego:

I	=	1	∙	m	∙	R²
		2

Moment bezwładności koła zamachowego wydrążonego:

I	=	1	∙	m	∙	*(R²+ r²)*
		2

Dla cienkiego pierścienia (r ≈ R) moment bezwładności osiąga największą możliwą wartość spośród wszystkich kół o tej samej masie i tym samym promieniu zewnętrznym. Jest ona równa:

I = m ∙ R²

gdzie:

ω – prędkość kątowa koła zamachowego,

I – moment bezwładności masy względem osi obrotu koła,

m – masa koła zamachowego,

R – promień zewnętrzny koła zamachowego,

r – promień wewnętrzny koła zamachowego.

Z powyższych wzorów wynika, że im większy jest moment bezwładności koła zamachowego, tym większą energię może ono zgromadzić, dlatego możliwie największa część masy koła zamachowego powinna być zlokalizowana na jego obrzeżu. Energia gromadzona w kole jest proporcjonalna do kwadratu prędkości kątowej, dlatego tam, gdzie to możliwe, dąży się do zwiększenia prędkości obrotów koła.

Kategorie: Części maszyn Magazynowanie energii

Moment bezwładności...

Energia kinetyczna (E_k) – energia ciała związana z ruchem jego masy. Jednostką E_k jest dżul. W opisywalnych przez mechanikę klasyczną układach może dochodzić do przemian E_k w energię potencjalną (E_p) i odwrotnie (przykładem takiego układu jest wahadło). Sumę E_k +E_p nazywamy energią mechaniczną. Jak wynika z zasady zachowania energii E_k +E_p jest w układzie stała.

W przypadku obrotu wokół jednej z osi głównych wyrażenie na energię kinetyczną w ruchu obrotowym upraszcza się do:

*E_k*	=	1	∙	I	∙	ω²
		2

gdzie:

I - odpowiednim momentem bezwładności,

ω - prędkość kątowa.

Kategorie: Dynamika Energia

O tym, że ciało zyskało/straciło energię mechaniczną świadczy jego ruch, a ściślej suma zmian pędu punktów materialnych (cząstek posiadających masę bezwładną) tworzących to ciało.

Moment bezwładności (masy) – miara bezwładności ciała w ruchu obrotowym względem określonej, ustalonej osi obrotu. Im większy moment, tym trudniej zmienić ruch obrotowy ciała, np. rozkręcić dane ciało lub zmniejszyć jego prędkość kątową. Moment bezwładności odgrywa analogiczną rolę w dynamice ruchu obrotowego jak masa w dynamice ruchu postępowego. Występuje on w relacjach między momentem pędu, energią kinetyczną a prędkością kątową, podobnie jak masa - między pędem, energią kinetyczną a prędkością liniową. Moment bezwładności zależy od osi obrotu ciała, a w ogólnym przypadku jest tensorem.

Pęd punktu materialnego jest równy iloczynowi masy m i prędkości v punktu. Pęd jest wielkością wektorową; kierunek i zwrot pędu jest zgodny z kierunkiem i zwrotem prędkości.

Moment bezwładności jako skalar

Momenty bezwładności przykładowych brył

Definicja

Energia kinetyczna E punktu materialnego o masie m poruszającego się z prędkością v określa wzór:

E	=	1	∙	m	∙	v²
		2

Jeżeli punkt ten porusza się po okręgu, wówczas jego energię można wyrazić w wielkościach fizycznych opisujących ruch obrotowy:

Moment bezwładności ciała składającego się z n punktów materialnych jest sumą momentów bezwładności wszystkich tych punktów względem obranej osi obrotu:

$I=\sum _{i=1}^{n}m_{i}r_{i}^{2}$

Dla ciał o ciągłym rozkładzie masy sumowanie we wzorze na moment bezwładności przechodzi w całkowanie. Niech ciało będzie podzielone na nieskończenie małe elementy o masach dm, oraz niech r oznacza odległość każdego takiego elementu od osi obrotu. W takim przypadku moment bezwładności określa wzór:Moment bezwładności ciała zależy od wyboru osi obrotu, od kształtu ciała i od rozmieszczenia masy w ciele. Moment bezwładności ma wymiar ML² Zwykle mierzy się go w kg·m².

$I=\int \limits _{V}r^{2}dm$

gdzie całkowanie odbywa się po całej objętości V ciała.

*E_k*	=	1	∙	I	∙	ω²
		2

Kategoria: Dynamika

Zakręciło mi się w głowie od natłoku informacji (im więcej czytam, tym wydaje mi się, że mniej wiem...).

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

Spróbuję to podsumować

Nakrętkę rozpędzono udarowo (uderzenie) i podczas tego aktu została nakrętce przekazana porcja (kwant) energii. Gwint nakrętki można wyważyć lub usunąć - a wówczas ten bąk będzie bryłą symetryczną. Można też doświadczenie przeprowadzić w próżni, a wówczas nie będzie występować rozpraszanie energii na rozpychanie powietrza. Taka nakrętka będzie wirować wiecznie (po wsze czasy)...

...ale jak będzie wirować i względem czego?

Na ten temat będę próbował znaleźć odpowiedź w kolejnej notce.

Edward Robak* z Nowej Huty ۞ Technik Elektronik :)