Mekaaninen energia

Mekaanisella energialla tarkoitetaan fysiikassa mekaanisen systeemin osien potentiaali- ja liike-energiaa.

Yksinkertaistavia oletuksia

Mekaanisen systeemin käyttäytymisen laskemiseksi joudutaan useimmiten tekemään joitakin yksinkertaistavia oletuksia. Esimerkiksi sen sijaan, että laskettaisiin erikseen jonkin kappaleen jokaisen molekyylin mekaaninen energia, on helpompaa käsitellä koko kappaletta yhtenä kokonaisuutena. Tällöin kutakin ulottuvuutta kohti tarvitaan vain kaksi lukua osoittamaan kappaleen energiaa; niistä toinen tarkoittaa potentiaali- ja toinen liike-energiaa.

Ilman tällaisia yksinkertaistuksia systeemin energian määrittäminen vaatisi jokaisen siinä olevan alkeishiukkasen ja kaikkien neljän perusvaikutuksen huomioon ottamista. Näin yleensä tehdään vain tutkittaessa hyvin pieniä systeemejä, joita käsitellään hiukkasfysiikassa.

Ero muihin energianmuotoihin

Energian muotojen jakaminen eri tyyppeihin vastaa pitkälti fysiikan ja muiden luonnontieteiden jakoa eri aloihin. Sellaisia ovat esimerkiksi:

• Kemiallinen energia, kemiallisiin sidoksiin liittyvää potentiaalienergiaa, jota tutkitaan kemiassa.
• Ydinenergia, atomin ytimessä olevien nukleonien vuorovaikutuksiin liittyvä potentiaalienergia, jota tutkitaan ydinfysiikassa
• Sähköenergia, sähkö- ja magneettikenttien sekä fotonien energia, jota tutkitaan sähköopissa
• Useita kvanttimekaniikassa käsiteltäviä energianmuotoja, esimerkiksi atomin elektronien energiatasot

Rajat näiden tyyppien välillä eivät kaikissa tapauksissa ole aivan selviä. Ei esimerkiksi voida yksikäsitteisesti sanoa, onko aineen kiderakenteeseen varastoitunut potentiaalienergia mekaanista vai kemiallista energiaa. Tätä jaottelua voidaan kuitenkin yleisesti käyttää ilmiöiden luokitteluun. Moniin ilmiöihin liittyy kuitenkin useita erilaisia energian muotoja. Esimerkiksi kahden atomin sitoutuessa esiintyy atomien värähdysliikkeeseen, kiertoliikkeeseen, ydinten sähkövarauksiin, elektronien energiatasoihin sekä myös Van der Waalsin voimiin liittyvää energiaa

Lausekkeita

Kun kappale, jonka massa on m, liikkuu nopeudella v, sen etenemisliikkeen liike-energia on

$E_{k}={\frac {mv^{2}}{2}}$.

Pyörivässä liikkeessä olevan kappaleen pyörimiseen liittyvä liike-energia lasketaan vastaavasti sen hitausmomentin J ja kulmanopeuden $\omega$ avulla:

$E_{k}={\frac {J\omega ^{2}}{2}}$.

Mekaniikassa useimmin esiintyvä potentiaalienergian muoto on gravitaation potentiaalienergia. Kun kappale sijaitsee korkeudella h tietystä perustasosta, sen potentiaalienergia on

$E_{p}=mgh$,

missä g on painovoiman kiihtyvyys.