Heiluri

Tutkitaan heilurin liikettä energiaperiaatteen kautta.

Yhden heilahduksen aikana ei-konservatiiviset voimat ovat hyvin vähäiset. Ne eivät tee työtä ja mekaaninen energia säilyy tilanteessa. Heilurin potentiaalienergia muuntuu liike-energiaksi, kun heiluri liikkuu ylimmästä asemasta alimpaan asemaan.

Mekaaninen energia säilyy
[[$\quad E_\text{P}=E_\text{K}$]]

Ylimmässä asemassa heilurin potentiaalienergia on suurimmillaan. Heiluri pysähtyy ylimmässä asemassa, joten sen liike-energia on nolla. Potentiaalienergian nollatasoksi valitaan heilurin alin asema. Alimmassa asemassa heilurin potentiaalienergia on nolla ja liike-energia on suurimmillaan.

Kun heiluri liikkuu alimmasta asemasta ylimpään liike-energia muuntuu potentiaalienergiaksi. Mekaaninen energia säilyy.
[[$\quad E_\text{K}=E_\text{P}$]]

Kun heilurin mekaaninen energia säilyy, nousee heiluri samalle korkeudelle, mistä se lähti liikkeelle.

Kirjoitetaan liike- ja potentiaalienergian määritelmät.

Liike-energian määritelmä
[[$\quad E_\text{K}=\frac{1}{2}mv^2$]]

Potentiaalienergian määritelmä
[[$\quad E_\text{P}=mgh$]]

Mekaanisen energian säilymislaki heilurin liikkuessa ylimmästä asemasta alimpaan asemaan
[[$\quad mgh=\frac{1}{2}mv^2$]]

Mekaanisen nergian säilymislaki heilurin liikkuessa alimmasta asemasta ylimpään asemaan
[[$\quad \frac{1}{2}mv^2=mgh$]]

Yhtälöistä huomataan, että heilurin punnuksen massa ei vaikuta liikkeeseen.
[[$\quad gh=\frac{1}{2}v^2$]]

Tyypillisiä suureita, joita tehtävässä ratkaistaan ovat nopeus [[$v$]] alimmassa asemassa ja korkeus [[$h$]].

Jos heilurin annetaan heilahdella pidempään, alkaa ei-konservatiivisten voimien tekemä työ muuttaa heilurin punnuksen liike-energiaa merkittävästi. Ei-konservatiivisia voimia ovat kitkavoimat heilurin kiinnityskohdassa ja heilurin punnukseen vaikuttava ilmanvastus. Voimat tekevät työtä, kunnes heiluri pysähtyy.