Ohranitev energije
Energija ne izgine, ko se gibanje upočasni ali se sistem segreje. Spremeni obliko ali prečka mejo izbranega sistema. Pravilna uporaba zakona o ohranitvi energije se zato začne z izbiro sistema in določitvijo, kateri prenosi — delo, toplota ali tok snovi — prečkajo njegovo mejo.
Bilanca je odvisna od meje sistema
Za izoliran sistem ostaja skupna energija konstantna: ΔE_total = 0. Za sistem s prenosom čez mejo je sprememba energije enaka dovedeni energiji minus odvedena energija.
Zato ne smemo samodejno pisati K + U = konst. Ta poenostavitev velja le, kadar mehanske oblike zajamejo celotno pomembno dogajanje in energija ne prehaja v druge oblike.
Kinetična energija in izrek o delu
Translacijska kinetična energija je K = 1/2 mv². Delo rezultantne sile spremeni kinetično energijo telesa: W_tot = ΔK. To je drugačen, vendar enakovreden zapis posledic drugega Newtonovega zakona.
Delo je lahko pozitivno ali negativno. Sila v smeri premika poveča K, nasprotna sila jo lahko zmanjša. Sila, pravokotna na trenutni premik, ima ničelno trenutno moč.
Kalkulator mehanske energije
Potencialna energija konservativnih sil
Za konservativno silo lahko definiramo potencialno energijo tako, da W_cons = −ΔU. Blizu Zemljine površine je U_g ≈ mgh, za vzmet pa U_s = 1/2 kx².
Ničelna raven U je poljubna; fizikalno pomembne so razlike. Če delujejo samo konservativne sile, ostane vsota K + U konstantna.
Trenje energije ne uniči
Trenje lahko zmanjša mehansko energijo K + U, vendar ne krši ohranitve energije. Energija preide v notranjo energijo površin, deformacije, zvok in druge prostostne stopnje.
Če segrevanje vključimo v bilanco, se skupna energija še vedno ohranja. Izraz „izgubljena energija“ navadno pomeni le, da ni več v želeni mehanski obliki.
Moč in izkoristek sta drugi količini
Moč opisuje hitrost prenosa energije: P = dE/dt, pri stalni hitrosti prenosa P = E/t. Dve napravi lahko opravita enako delo, vendar močnejša to stori hitreje.
Izkoristek η = E_useful/E_input pove delež vhodne energije, ki preide v izbrano uporabno obliko. Preostanek ne izgine, temveč preide v druge oblike, pogosto v notranjo energijo okolice.
Postopek reševanja
Najprej izberemo začetno in končno stanje ter mejo sistema. Zapišemo oblike energije v obeh stanjih in prenose čez mejo. Šele nato enačbo poenostavimo, na primer v mgh = 1/2 mv².
Tako se izognemo vstavljanju vseh znanih formul brez fizikalnega razloga. Bilanca mora slediti modelu sistema.
Rešeni primeri
1. Prosti pad brez upora
Rešitev
Če telo pade za 5,0 m brez upora, je zmanjšanje mgh enako povečanju kinetične energije.
2. Trenje
Rešitev
Padec K + U pri trenju ne pomeni uničenja energije; poveča se predvsem notranja energija.
3. Moč
Rešitev
Naprava prenese 6000 J v 3,0 s. Povprečna moč je 2000 W.