Lectia 1: Teorii si Terminologia de baza

Energia mecanica

In partea anterioara a Lectiei 1, s-a definit Lucrul mecanic efectuat de o forta ca deplasarea unui obiect sub actiunea ei pe o distanta. Am definit doua forme de energie, cinetica si potentiala, echivalente cu un lucru mecanic. Putem trage concluzia ca in general orice marime care se poate transforma si echivala cu un lucru mecanic, in final este o energie. Din acest punct de vedere pentru om si nevoile lui energia este foarte importanta pentru ca asigura miscarea materiei in general si nu numai efectuarea unui lucru mecanic sau deplasarea unui obiect. Din practica stim ca frecarea obiectului in mediu provoaca incalzire dar si ca incalzirea cea mai simpla a unui vas plin cu apa provoaca vibratii ale capacului si in final daca este mai mare caderea capacului  vasului. Incalzirea prin frecare, in timpul efectuarii unui lucru mecanic, provoaca o energie pe care o numim termica care se acumuleaza in obiect despre care spunem ca este cald. Invers energia termica a apei calde, chiar fierbinti, se transforma in lucrul mecanic perin deplasarea capacului. Dar pentru ca apa sa acumuleze energie termica o alta energie se transforma, cea rezultata din arderea unui combustibil: gaz, carbune, lemn, etc. Spunem despre aceste substanta care ard ca au energie chimica.  Energia chimica de ardere se transforma in energie termica. Spunem "de ardere" pentru ca exista si substante care la simplul contact cu alta elibereaza energia chimica in energie termica si multi stim asta despre var cu apa. Stiinta care se ocupa cu aceste transformari de energie proprii substantelor se numeste Chimie.  
Energia chimica a acestor substante este acumulata intr-o perioada foarte mare de timp din energia solara transmisa pamintului si in prezent sub forma de energie luminoasa sau de radiatie cum este cunoscuta in Fizica. Se pare ca oamenii risipesc cu destula usurinta ceea ce natura a acumulat in milioane si milioane de ani.
 

 Am prezentat aceste citeva referinte despre alte forme de energie pentru a arata ca cele definite de noi sint energii de miscare si/sau pozitie formind ceea ce noi denumim energie mecanica. Un automobil care se misca are energie cinetica iar daca se afla pe un drum care poate sa coboare are si energie potentiala. La o coborire cu o panta foarte mare automobilul poate capata o viteza asa de mare datorita energiei potentiale avute, mai mare decit energia cinetica pe care o poseda, astfel incit sa fie nevoie de frinare prin frecare. O minge de fotbal aruncata are si energie cinetica de miscare cit si energie potentiala in functie de inaltimea la care se afla, in punctul cel mai inalt al traiectoriei sale avind numai energie potentiala pentru un timp foarte scurt, iar in momentul atingerii pamintului avind numai energie cinetica. Energia potentiala in prezenta gravitatiei este o energie potentiala mecanica.

Energiile mecanice se transforma direct una in alta prin intermediul lucrului mecanic cu forte mecanice de arc sau gravitationale , spre deosebire de celelalte forme de energie care o fac cu alte tipuri de forte. Un obiect care poseda energie mecanica este capabil sa faca Lucru mecanic pentru ca exista forta care sa provoace deplasarea.

Exemple practice de energii mecanice:
1. Berbecul pentru piloni este un obiect de masa foarte mare in care se acumuleaza energie potentiala prin ridicarea la inaltimea de care avem nevoie pentru a creea un lucru mecanic de deplasare a pilonului in pamint. Avantajul dispozitivului este ca se poate folosi o forta mica, chiar a omului, sa ridice berbecul cu un mecanism cu scripeti, dar intr-un timp mare, pentru a obtine U max. Eliberind firul aceasta se transforma in Ec max in momentul atingerii capului pilonului prin L1 si apoi Ec max se transforma in L2. Acum este evident ca prin impulsul fortei F*t sau al momentului nu am fi putut aprecia forta si energia necesara deplasarii pentru L1 si L2 si au fost necesare introducerea notiunilor de lucru mecanic si energie. 

2. Un ciocan este un berbec in miniatura. Energia cinetica acumulata in rotirea bratului cu ciocan a unui om  este transformata in lucrul mecanic de deplasare a cuiului in lemn.

3. O bila de popice are o masa apreciabila si cind este aruncata acumuleaza energie cinetica care determina lucrul mecanic al popicelor deplasate dupa lovire. .

4. Vintul care este un curent de aer  ce se deplaseaza pe orizontala datorita unei diferente de presiune intre doua regiuni are energie cinetica pe care o transmite paletelor centralelor eoliene de produs curent electric.

Din cele prezentate am vazut ca energia mecanica pe care o are un obiect se regaseste simultan sub ambele forme energia cinetica datorita miscarii si energia potentiala datorita pozitiei. Notam energia mecanica Emec si consideram un obiect care are toate formele de enrgie descrise pina acum. Emec va fi o suma a tuturor acestor energii:

Emec = Ec + U

Dar U = Ugrav + Uarc deci avem in final:

Emec = Ec + Ugrav + Uarc

Diagrama urmatoare arata energia mecanica suma a energiilor cinetica si potentiala in diferite faze ale unei miscari a schiorului pe o pirtie care permite si o saritura pe verticala.

Energia mecanica totala a schiorului este suma energiilor cinetica si potentiala pentru oricare faza a miscarii. Despre egalitatea dintre energia schiorului la start si la sosire vom vorbi in Lectia 2 - Teorema conservarii energiei mecanice.
O ilustrare a insumarii energiilor cinetice si potentiale se poate regasi si in urmatorul parcurs al unui carucior de montagne russe.

La fel ca si schiorul caruciorul are suma energiilor egala cu energia mecanica totala.

Urmeaza>>