Η λέξη «ενέργεια» προέρχεται από την ελληνική γλώσσα και σημαίνει «δράση», «δραστηριότητα». Η ίδια η έννοια εισήχθη για πρώτη φορά από τον Άγγλο φυσικό T. Jung στις αρχές του 19ου αιώνα. Με τον όρο «ενέργεια» εννοείται η ικανότητα ενός σώματος που διαθέτει αυτή την ιδιότητα να κάνει εργασία. Το σώμα είναι σε θέση να κάνει όσο περισσότερη δουλειά, τόσο περισσότερη ενέργεια έχει. Υπάρχουν διάφοροι τύποι: εσωτερική, ηλεκτρική, πυρηνική και μηχανική ενέργεια. Το τελευταίο είναι πιο συνηθισμένο από άλλα στην καθημερινότητά μας. Από την αρχαιότητα, ο άνθρωπος έμαθε να το προσαρμόζει στις ανάγκες του, μετατρέποντάς το σε μηχανική εργασία χρησιμοποιώντας μια ποικιλία συσκευών και κατασκευών. Μπορούμε επίσης να μετατρέψουμε μια μορφή ενέργειας σε άλλη.
Στο πλαίσιο της μηχανικής (ένας από τους κλάδους της φυσικής), η μηχανική ενέργεια είναι ένα φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει την ικανότητα ενός συστήματος (σώματος) να εκτελεί μηχανικό έργο. Επομένως, ένας δείκτης της παρουσίας αυτού του τύπου ενέργειας είναι η παρουσία μιας ορισμένης ταχύτητας του σώματος, έχοντας την οποία, μπορεί να λειτουργήσει.
Τύποι μηχανικής ενέργειας: κινητική και δυναμική. Σε κάθε περίπτωση, η κινητική ενέργεια είναι ένα βαθμωτό μέγεθος,που αποτελείται από το άθροισμα των κινητικών ενεργειών όλων των υλικών σημείων που συνθέτουν ένα συγκεκριμένο σύστημα. Ενώ η δυναμική ενέργεια ενός μεμονωμένου σώματος (σύστημα σωμάτων) εξαρτάται από τη σχετική θέση των μερών του (τους) μέσα στο εξωτερικό πεδίο δύναμης. Ο δείκτης της αλλαγής της δυνητικής ενέργειας είναι το τέλειο έργο.
Ένα σώμα έχει κινητική ενέργεια αν είναι σε κίνηση (αλλιώς μπορεί να ονομαστεί ενέργεια κίνησης) και δυναμική ενέργεια εάν υψωθεί πάνω από την επιφάνεια της γης σε κάποιο ύψος (αυτή είναι η ενέργεια της αλληλεπίδρασης). Η μηχανική ενέργεια μετριέται (όπως και άλλοι τύποι) σε Joules (J).
Για να βρείτε την ενέργεια που έχει ένα σώμα, πρέπει να βρείτε το έργο που δαπανήθηκε για τη μεταφορά αυτού του σώματος στην τρέχουσα κατάστασή του από τη μηδενική κατάσταση (όταν η ενέργεια του σώματος είναι ίση με μηδέν). Οι παρακάτω είναι τύποι σύμφωνα με τους οποίους μπορεί να προσδιοριστεί η μηχανική ενέργεια και οι τύποι της:
– κινητική – Ek=mV2/2;
– δυναμικό – Ep=mgh.
Στους τύπους: m είναι η μάζα του σώματος, V είναι η ταχύτητα της κίνησης του προς τα εμπρός, g είναι η επιτάχυνση της πτώσης, h είναι το ύψος στο οποίο το σώμα υψώνεται πάνω από την επιφάνεια της γης.
Η εύρεση της συνολικής μηχανικής ενέργειας για ένα σύστημα σωμάτων είναι ο προσδιορισμός του αθροίσματος του δυναμικού και των κινητικών συστατικών του.
Παραδείγματα για το πώς μπορεί να χρησιμοποιηθεί η μηχανική ενέργεια από τον άνθρωπο είναι τα εργαλεία που εφευρέθηκαν στην αρχαιότητα (μαχαίρι, δόρυ κ.λπ.) και τα πιο σύγχρονα ρολόγια, αεροσκάφη κ.λπ.μηχανισμών. Οι δυνάμεις της φύσης (άνεμος, θαλάσσιες παλίρροιες, ροή ποταμών) και οι σωματικές προσπάθειες ενός ατόμου ή των ζώων μπορούν να λειτουργήσουν ως πηγές αυτού του τύπου ενέργειας και του έργου που εκτελείται από αυτό.
Σήμερα, πολύ συχνά το μηχανικό έργο των συστημάτων (για παράδειγμα, η ενέργεια ενός περιστρεφόμενου άξονα) υπόκειται σε μεταγενέστερη μετατροπή στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, για την οποία χρησιμοποιούνται γεννήτριες ρεύματος. Πολλές συσκευές (κινητήρες) έχουν αναπτυχθεί που είναι ικανές να μετατρέπουν συνεχώς το δυναμικό του ρευστού εργασίας σε μηχανική ενέργεια.
Υπάρχει ένας φυσικός νόμος διατήρησής του, σύμφωνα με τον οποίο σε ένα κλειστό σύστημα σωμάτων, όπου δεν υπάρχει δράση δυνάμεων τριβής και αντίστασης, η σταθερή τιμή θα είναι το άθροισμα και των δύο τύπων του (Ek και Επ) όλων των συστατικών του οργάνων. Ένα τέτοιο σύστημα είναι ιδανικό, αλλά στην πραγματικότητα τέτοιες συνθήκες δεν μπορούν να επιτευχθούν.
