机械能

在物理科学中，机械能是势能和动能的总和。它是与系统相关的宏观能量。机械能守恒原理指出，如果孤立系统仅受保守力的作用，则机械能是恒定的。如果物体沿与保守净力相反的方向运动，势能会增加；如果物体的速度（不是速度）发生变化，物体的动能也会发生变化。然而，在所有真实系统中，非保守力，例如摩擦力，将存在，但如果它们的大小可以忽略不计，机械能变化很小，其守恒是一个有用的近似值。在弹性碰撞中，动能是守恒的，但在非弹性碰撞中，一些机械能可能会转化为热能。JamesPrescottJoule发现了机械能损失（耗散）与温度升高之间的等价关系。

许多设备用于将机械能转换为其他形式的能量或从其他形式的能量转换，例如电动机将电能转换为机械能，发电机将机械能转换为电能，热机将热能转换为机械能。

根据机械能守恒原理，只要系统没有摩擦力和其他非守恒力，孤立系统的机械能随时间保持不变。在任何实际情况下，都存在摩擦力和其他非守恒力，但在许多情况下，它们对系统的影响很小，以至于机械能守恒原理可以用作公平的近似值。虽然能量不能在一个孤立的系统中产生或消失，但它可以转化为另一种形式的能量。

在一个机械系统中，如受保守重力作用的摆锤在像空气阻力和枢轴摩擦这样的摩擦力可以忽略不计的情况下，能量在动能和势能之间来回传递，但永远不会离开系统。摆在垂直位置时动能xxx，势能最小，因为此时它的速度xxx，距离地球最近。另一方面，它在摆动的极端位置具有最小的动能和xxx的势能，因为它的速度为零，并且在这些点离地球最远。然而，当考虑摩擦力时，由于这些非保守力对钟摆做负功，系统在每次摆动时都会损失机械能。

系统中机械能的损失总是会导致系统温度升高这一点早已为人所知，但业余物理学家詹姆斯·普雷斯科特·焦耳首先通过实验证明了对摩擦所做的一定量的工作是如何导致温度升高的。一定量的热量，应该被认为是构成物质的粒子的随机运动。在考虑碰撞物体时，机械能和热量之间的这种等效性尤其重要。在弹性碰撞中，机械能是守恒的——碰撞物体的机械能之和在碰撞前后是相同的。一个经过非弹性碰撞，然而，系统的机械能将发生变化。通常，碰撞前的机械能大于碰撞后的机械能。在非弹性碰撞中，碰撞物体的一些机械能转化为组成粒子的动能。组成粒子的这种动能的增加被认为是温度的增加。碰撞可以用碰撞物体的部分机械能转化为等量的热量来描述。因此，尽管系统的机械能减少了，但系统的总能量保持不变。

今天，许多技术设备将机械能转换为其他形式的能量，反之亦然。这些设备可以放在以下类别中：

• 一个电动马达转换电能转化为机械能。
• 甲发电机将机械能转换成电能。
• 甲水电动力水的机械能转换在存储坝成电能。
• 的内燃机是一热发动机，从获得机械能化学能通过燃烧燃料。从这种机械能中，内燃机经常发电。
• 甲蒸汽机的转换热能蒸汽转化为机械能。
• 甲涡轮转换气体或液体的流引入机械能的动能。

将能量分为不同类型通常遵循自然科学研究领域的界限。

• 能源化工是那种势能“存储”在化学键和研究了化学。
• 核能是储存在原子核中粒子之间相互作用的能量，在核物理学中得到研究。
• 电磁能以电荷、磁场和光子的形式存在。它是在电磁学中研究的。
• 量子力学中各种形式的能量；例如，原子中电子的能级。