機械能(Mechanical 能量)是物體或物質系統因作機械運動而具有的全部宏觀能量的總度量，是一無方向意義的標量。其值等于物體或物質系統在某一時刻所具有的各種形式的宏觀動能和宏觀勢能之總和。如具有重量并且處于運動狀態的氣流或落水的能量。勢能分為重力勢能和彈性勢能，決定動能的是質量和速度；決定重力勢能的是高度和質量；決定彈性勢能的是勁度系數與形變量，動量與勢能可相互轉化。
在只有重力和彈力做功的情形下，物體的動能和勢能發生相互轉化，但機械能的總量保持不變。機械能可以轉換為電能、內能，應用于水力發電、海洋能、風力發電和儲能等領域。
定義
機械能
動能和勢能統稱為機械能。一個物體可以既有動能，又有勢能，例如，飛行中的飛機因為它在運動而具有動能，又因為它在高處而具有重力勢能，把這兩種能量加在一起，就得到它的總機械能。機械能是最常見的一種形式的能量。動能和勢能可以相互轉化，動能轉化為勢能時，動能在減少，勢能在增大；而勢能轉化為動能時，勢能在減少，動能在增大。
動能
動能單位 J（焦耳），定義：物體由運動而具有的能，能對其他物體做功，叫做動能。決定動能大小的因素是物體的質量和速度。例如，風吹著帆船航行，空氣對帆船做了功；急流的河水把石頭沖走，水對石頭做了功；運動著的鋼球打在木塊上，把木塊推走，鋼球對木塊做了功。動能的大小跟運動物體的速度、質量有關，速度越快、質量越大，動能就越大。
勢能
重力勢能
位于高處的物體由于地球與物體之間相互吸引而具有的能，叫作重力勢能，如人在打樁時，先把重高高舉起，重錘落下就能把木樁打入地里。重錘是由于被舉高而能夠做功的，舉高的物體具有的能量叫重力勢能。其定義式為。
Ep=mgh
式中，m為物體重量，h為物體相對地面的高度，g為重力加速度。重力勢能的單位為焦耳(J)。物體重力勢能的大小與物體的質量和高度有關，質量越大，高度越高，物體具有的重力勢能就越大。重力做功和重力勢能變化關系：WG=-ΔEp，重力做功與路徑無關，僅取決于其始末位置的高度差。。
彈性勢能
發生形變的物體在恢復原狀時能夠對外界做功，因而具有能量，這種能量叫作彈性勢能。物體的彈性形變越大，它具有的彈性勢能就越大，如弓和彈簧由于發生彈性形變而能夠做功的。彈簧的彈性勢能可表示為。
式中，x為形變量，k為彈簧的頸度系數。彈性勢能的單位為焦耳(J)。彈力做功與彈性勢能的關系為。
機械能守恒定律
在只有重力和彈力做功的情形下(或者不受其他外力的作用下)，物體的動能和勢能(包括重力勢能和彈性勢能)發生相互轉化，但機械能的總量保持不變。由此可知，如果質點組（系統）內各物體所受的所有力（包括重力和彈力）都不做功，則各物體的動能和勢能均保持不變，動能和勢能也不發生相互轉化，此時質點組（或系統）的機械能也是守恒的。這是機械能守恒的特例。
公式
任意兩狀態的動能和勢能之和(機械能)保持不變，即
系統的動能增加量等于勢能的減少量，或系統的勢能增加量等于動能減少量，即
如果系統由A、B兩部分組成，則A增加的機械能一定等于B減少的機械能，即
動能是度量物體機械運動強弱的物理量。設質點的質量為m，速度為v，則質點的動能為
即質點的動能等于它的質量與其速度二次方的乘積的一半。動能為恒非負的標量。在質點系中任一質點的質量為mi，速度為vi，則質點系中各質點動能之和稱為質點系的動能，質點系的動能為
重力勢能是處于地球附近的物體與地球之間萬有引力作用的結果，定義質量為m、距地面高度為h的物體與地球組成的系統所具有的重力勢能為
發生形變的物體在恢復原狀時能夠對外界做功，因而具有的能量叫作彈性勢能，可表示為
條件
1.選定的物體系統內，系統外力不做功，系統內非保守力不做功。單個物體和地球組成的系統：機械能守恒的條件是系統外力（除重力外）不做功，系統內無非保守力做功；幾個物體組成的系統：機械能守恒的條件是系統外力不做功，系統內僅重力和彈力（保守力）做功，系統內非保守力不做功。
2.除重力、彈力以外的其他力對物體做功，但是做的總功為零。
機械能守恒不能簡單地理解為機械能的總量保持不變，因為機械能守恒是指能量轉換過程中的守恒，不僅要求物體(或物體系)的總的機械能保持不變，還要求存在動能和勢能的相互轉化。沒有動能和勢能相互轉化的機械能不變，不能看作是機械能守恒。
判斷方法
1.利用機械能定義判斷(直接判斷)
若物體在水平面勻速運動，其動能、勢能均不變，機械能不變；若一個物體沿斜面勻速下滑，其動能不變，重力勢能減少，其機械能減少。
2.用做功判斷
若物體或系統只有重力(或彈簧的彈力)做功，雖受其他力，但其他力不做功，機械能守恒。
3.用能量轉化來判斷
若物體系統中只有動能和勢能(包括重力勢能和彈性勢能)的相互轉化而無機械能與其他形式的能的轉化，則物體系統機械能守恒。
4.對于碰撞后站在一起以及繩子突然繃直等情景，一般機械能不守恒。
伽利略理想實驗
機械能守恒首先由伽利略提出，他通過斜面實驗發現：將導軌右端固定，使靜止的鋼球從右端某一高處滾下（若不受阻力作用），鋼球將滾上導軌左端的同樣高度。如將導軌左端固定，鋼球仍可達到這一高度，但要通過較長的距離。如繼續減小角度，使其最終成為水平面則球將以恒定的速度一直運動下去。但由于鋼球在滾動過程中受到摩擦阻力的影響，因此本實驗只能近似反映上述現象。
案例
鐘擺
擺鐘的鐘擺需要定時的上發條，才可以讓鐘擺一直擺動下去，這是因為鐘擺、指針在運動過程中會發生能量損耗。鐘擺的動能和勢能相互轉換，但運動過程中存在摩擦，使一部分機械能轉換為內能（在空氣中散失），另一部分仍保持為動能或勢能，機械能總量減小。上發條后，彈簧發條不斷將彈性勢能補充給鐘擺，以維持鐘擺的正常擺動。
撐桿跳
運動員在起跳前的助跑是，就獲得了動能。當他以桿的一端為支撐點跳起的時候，撐桿變彎了，同時他的動能轉化成了桿的彈性勢能。當桿伸展開，并把運動員送入了空中的時候，桿子的彈性勢能又被轉化成撐桿運動員的重力勢能。當運動員越過橫桿開始下降，他的重力勢能又被轉化成動能。
能量轉換
電能轉換為機械能
機械能儲能主要有勢能存儲和動能存儲，太陽能轉換為電能，推動電動水泵將低位水抽至高位，便能以位能的形式儲存太陽能。飛輪儲能是機械能儲能應用之一，在需要存儲能量時，由電機帶動飛輪定子和轉子加速運轉，將輸入能量轉化為機械能，電風扇扇葉轉動時，電能轉化為機械能。
機械能轉換為電能
水力發電原理很簡單，讓水流從高空落下，勢能(mgh)轉變為動能()，沖擊水輪機，帶動發電機發電。當交流電技術出現，而使能量的遠距離輸送問題得到解決后，水力發電迅速發展起來。此外，還可以利用海洋能的溫度能，通過熱力循環變為機械能，再轉換為電能；風力發電將風能轉換為機械能，再轉化為電能。
機械能轉換為內能
汽車剎車過程中發熱，汽車的動能轉換為內能；直尺摩擦發熱并吸引紙屑，機械能轉換為電能和內能。
熱能轉換機械能
熱力工程所利用的熱能主要來自礦物燃料所蘊藏的化學能，燃料在熱能動力裝置中燃燒，產生熱能，熱能在轉變為機械能。熱能動力裝置可分為兩大類：蒸汽動力裝置和燃氣動力裝置。制冷、熱泵和空氣分離裝置等原則上屬于機械能轉換為熱能的設備。
參考資料 >