Energjia nuk zhduket. Ligji Universal i Ruajtjes së Energjisë

03.08.2019

Në të gjitha fenomenet që ndodhin në natyrë, energjia nuk ndodh dhe nuk zhduket. Ajo kthehet vetëm në një specie në një tjetër, ndërsa vlera e saj është ruajtur.

Ligji i Ruajtjes së Energjisë - Ligji themelor i natyrës, i cili konsiston në faktin se për një sistem fizik të izoluar, mund të futet një vlerë fizike skalare, e cila është funksioni i parametrave të sistemit dhe i quajtur energji, i cili ruhet me kalimin e kohës. Meqenëse ligji i ruajtjes së energjisë nuk zbatohet për vlerat dhe fenomenet specifike, por pasqyron gjeneralin, të zbatueshëm kudo, dhe gjithmonë, modelin, mund të quhet jo një ligj, por parimi i ruajtjes së energjisë.

Ligji mekanik i ruajtjes së energjisë

Në mekanikën, ligji i ruajtjes së energjisë pretendon se në një sistem të grimcave të mbyllura, energjia e plotë, e cila është shuma e energjisë kinetike dhe potenciale dhe nuk varet nga koha, domethënë, është integrale e lëvizjes. Ligji i ruajtjes së energjisë është i vlefshëm vetëm për sistemet e mbyllura, domethënë në mungesë të fushave të jashtme ose ndërveprimeve.

Forcat e ndërveprimit midis organeve, për të cilat kryhet ligji i ruajtjes së energjisë mekanike quhen forca konservatore. Ligji i ruajtjes së energjisë mekanike nuk kryhet për forcat e fërkimit, pasi nëse ka një forcë fërkimi, ekziston një transformim i energjisë mekanike në termik.

Formulimi matematikor

Evolucioni i sistemit mekanik të pikave materiale me masat \\ (m_i \\) sipas ligjit të dytë të Njutonit plotëson sistemin e ekuacioneve

\\ [m_i \\ dot (\\ mathbf (v) _i) \u003d \\ mathbf (f) _i \\]

ku
\\ (\\ mathbf (v) _i \\) - shpejtësia e pikave materiale, dhe \\ (\\ mathbf (f) _i \\) - forcat që veprojnë në këto pika.

Nëse ju dorëzoni për forcat si shuma e forcave të mundshme \\ (\\ mathbf (f) _i ^ p \\) dhe forcat jofitimprurëse \\ (\\ mathbf (f) _i ^ d \\), dhe forcat e mundshme regjistrohen si

\\ [\\ Mathbf (f) _i ^ p \u003d - \\ nabla_i u (\\ mathbf (r) _1, \\ mathbf (r) _2, \\ ldots \\ mathbf (r) _n) \\]

pastaj dominimi i të gjitha ekuacioneve në \\ (\\ mathbf (v) _i \\) mund të merren

\\ [\\ Frac (d) (dt) \\ sum_i \\ frac (mv_i ^ 2) (2) \u003d - \\ sum_i \\ frac (d \\ mathbf (r) _i) (dt) \\ cdot \\ nabla_i u (\\ mathbf (r ) _1, \\ MATHBF (R) _2, \\ ldots \\ mathbf (r) _n) + \\ sum_i \\ frac (d \\ mathbf (r) _i) (dt) \\ cdot \\ mathbf (f) _i ^ d \\]

Shuma e parë në pjesën e djathtë të ekuacionit nuk është gjë tjetër veçse derivatore nga një funksion kompleks, dhe për këtë arsye, nëse futni emërtimet

\\ [E \u003d \\ sum_i \\ frac (mv_i ^ 2) (2) + u (\\ mathbf (r) _1, \\ mathbf (r) _2, \\ ldots \\ mathbf (r) _n) \\]

dhe e quajmë këtë madhësi energji mekanike, pastaj duke integruar ekuacionet nga koha në t \u003d 0 deri t, ju mund të merrni

\\ [E (t) - e (0) \u003d \\ int_l \\ mathbf (f) _i ^ d \\ cdot d \\ mathbf (r) _i \\]

ku integrimi kryhet përgjatë trajektoreve të lëvizjes së pikave materiale.

Kështu, ndryshimi në energjinë mekanike të sistemit të pikave materiale me kalimin e kohës është i barabartë me punën e forcave jo optike.

Ligji i ruajtjes së energjisë në mekanikë kryhet vetëm për sistemet në të cilat të gjitha forcat janë potenciale.

Ligji për ruajtjen e energjisë për fushën elektromagnetike

Në elektrodinamikë, ligji i ruajtjes së energjisë është formuluar historikisht në formën e teoremës pinging.

Ndryshimi në energjinë elektromagnetike përfundoi në një sasi të caktuar, për një interval të caktuar kohor është i barabartë me rrjedhën e energjisë elektromagnetike përmes sipërfaqes që e kufizon këtë vëllim dhe sasinë e energjisë termike të lëshuar në këtë shumë të marrë me shenjën e kundërt.

$ \\ Frac (d) (dt) \\ int_ (v) omega_ (em) dv \u003d - \\ oint _ (\\ pjesshme v) \\ vec (s) d \\ vec (\\ sigma) - \\ int_v \\ vec (j) \\ Cdot \\ vec (e) dv $

Fusha elektromagnetike ka energjinë që shpërndahet në hapësirën e zënë nga fusha. Kur ndryshon karakteristikat e fushës, shpërndarja e ndryshimeve të energjisë. Rrjedh nga një fushë e hapësirës në një tjetër, duke lëvizur, ndoshta në forma të tjera. Ligji i Ruajtjes së Energjisë Për fushën elektromagnetike është pasojë e ekuacioneve në terren.

Brenda një sipërfaqe të mbyllur S,kufizimi i hapësirës V.Zënë nga fusha përmban energji W.- Energjia e fushës elektromagnetike:

W \u003dΣ(εε 0 E i 2/2 +μμ 0 H i 2/2)ΔV i.

Nëse ka rryma në këtë vëllim, fusha elektrike prodhon punë për të lëvizur akuzat, për njësi të kohës

N \u003dΣ I.j̅ i × e̅ i. ΔV i.

Kjo është madhësia e energjisë së fushës që shkon në forma të tjera. Nga ekuacionet maxwell rrjedh se

Δw + nδt \u003d -δt∮ S.S̅ × n̅. Da

ku Δw. - Ndryshimi në energjinë e fushës elektromagnetike në volumin në shqyrtim gjatë Δt, Një vektor S̅. = E̅ × H̅i quajtur duke treguar vektorin.

ai ligji për ruajtjen e energjisë në elektrodinamikë.

Nëpërmjet një zone të vogël të madhësisë ΔA. me një vektor të vetëm normal n̅. për njësi kohore në drejtim të vektorit n̅. Rrjedhjet e energjisë S̅. × n̅.ΔA Ku S̅. - vlera vector duke treguar brenda vendit. Shuma e këtyre vlerave në të gjitha elementet e sipërfaqes së mbyllur (e përcaktuar me shenjën integrale), duke qëndruar në pjesën e duhur të barazisë, është një energji që rrjedh nga vëllimi i kufizuar nga sipërfaqja (nëse kjo vlerë është negativ, atëherë energjia rrjedh në vëllim). Vector duke treguar Përcakton rrjedhën e energjisë së fushës elektromagnetike përmes bllokut, është ndryshe nga zero kudo, ku produkti vektor i vektorëve të fushave elektrike dhe magnetike është i ndryshëm nga zero.

Tre drejtime kryesore të zbatimit praktik të energjisë elektrike mund të dallohen: transmetimi dhe transformimi i informacionit (radio, televizion, kompjutera), transmetimi impuls dhe moment (motorët elektrikë), transformimi dhe transmetimi i energjisë (gjeneratorët elektrikë dhe linjat e energjisë). Të dy pulsin dhe energjinë transferohen në fushë përmes një hapësire boshe, prania e mediumit vetëm çon në humbje. Energjia nuk transmetohet nga telat! Telat me rrymën janë të nevojshme për të formuar fusha elektrike dhe magnetike të një konfigurimi të tillë në mënyrë që rrjedha e energjisë, e përcaktuar nga vektorët e treguar në të gjitha pikat e hapësirës, \u200b\u200bu drejtua nga burimi i energjisë për konsumatorin. Energjia mund të transmetohet pa tela, atëherë valët elektromagnetike pastaj transferohen. (Energjia e brendshme e diellit zvogëlohet, kryhet nga valët elektromagnetike, kryesisht të lehta. Falë pjesës së kësaj energjie, jeta mbahet në tokë.)

JavaScript është i çaktivizuar në shfletuesin tuaj.
Për të bërë llogaritjet, ju duhet të zgjidhni elementet e ActiveX!

Nëse trupat që përbëjnë sistemi mekanik i mbyllur, të ndërveprojnë me njëri-tjetrin vetëm përmes forcave të varrit dhe elasticitetit, puna e këtyre forcave është e barabartë me ndryshimin energji potenciale telMarrë me shenjën e kundërt:

Nga teorema e energjisë kinetike, kjo punë është e barabartë me ndryshimin në energjinë kinetike të organeve (shih 1.19):

Prandaj:

Shuma e energjisë kinetike dhe potenciale të organeve që përbëjnë një sistem të mbyllur dhe bashkëveprimi me njëri-tjetrin përmes forcave dhe forcës së elasticitetit mbetet i pandryshuar.

Kjo deklaratë shpreh ligji i ruajtjes së energjisë në proceset mekanike . Kjo është pasojë e ligjeve të Njutonit. Shuma E. = E.k. + E.p. Thirrje energjia mekanike e plotë . Ligji i ruajtjes së energjisë mekanike kryhet vetëm kur trupi në një sistem të mbyllur ndërvepron me njëri-tjetrin forcat konservatore, domethënë nga forcat për të cilat mund të futet koncepti i energjisë potenciale.

Një shembull i zbatimit të ligjit të ruajtjes së energjisë - gjetja e forcës minimale të një fije të lehtë jo agresive që mban masën e trupit m. Me rotacionin e saj në planin vertikal (detyra e tëlieve). Fik. 1.20.1 Shpjegon zgjidhjen e këtij problemi.

Ligji i ruajtjes së energjisë për trupin në pikat e sipërme dhe të poshtme të trajektores është shkruar në formë:

Ne tërheqim vëmendjen për faktin se forca e tensionit të fijes është gjithmonë pingul me shpejtësinë e trupit; Prandaj, nuk funksionon.

Me një shpejtësi minimale të rrotullimit, tensioni i fijeve në pikën e sipërme është zero dhe prandaj përshpejtimi centripetal i trupit në pikën e sipërme raportohet vetëm me forcë të gravitetit:

Nga këto raporte ndjekin:

Përshpejtimi centripetar në pikën e poshtme krijohet nga forcat dhe drejtohet në drejtimet e kundërta:

Kjo rrjedh se me shpejtësinë minimale të trupit në pikën e sipërme, tensioni i fijeve në pjesën e poshtme do të jetë në modul të barabartë me modulin

Forca e fijeve duhet të tejkalojë këtë vlerë.

Është shumë e rëndësishme të theksohet se ligji i ruajtjes së energjisë mekanike lejoi marrëdhëniet midis koordinatave dhe shpejtësive të trupit në dy pika të ndryshme të trajektores pa analizuar ligjin e lëvizjes së trupit në të gjitha pikat e ndërmjetme. Zbatimi i ligjit të ruajtjes së energjisë mekanike mund të thjeshtojë në masë të madhe zgjidhjen e shumë detyrave.

Në kushte reale, pothuajse gjithmonë në lëvizjen e trupave, së bashku me forcat, forcat e elasticitetit dhe forcat e tjera konservatore janë forcat e fërkimit ose forca e rezistencës së mediumit.

Forca e fërkimit nuk është konservatore. Puna e forcës së fërkimit varet nga kohëzgjatja e rrugës.

Nëse ka një forcë fërkimi midis trupave që përbëjnë një sistem të mbyllur, energjia mekanike nuk është e ruajtur. Një pjesë e energjisë mekanike kthehet në energjinë e brendshme të trupit (ngrohje).

Me ndonjë ndërveprim fizik, energjia nuk ndodh dhe nuk zhduket. Ajo del vetëm nga një formë në tjetrën.

Ky fakt eksperimental i përcaktuar shpreh ligjin themelor të natyrës - ligji i ruajtjes dhe kthimit të energjisë .

Një nga pasojat e Ligjit të Konservimit dhe transformimit të energjisë është miratimi i pamundësisë së krijimit të një "motor të përhershëm" (Perpetuum Mobile) - një makinë që mund të kryhet për një kohë të pacaktuar, pa konsumuar energji (Fig. 1.20.2 ).

Historia mban një numër të konsiderueshëm të projekteve të motorit të përjetshëm. Në disa prej tyre, gabimet e shpikësit janë të dukshme, në të tjera këto gabime janë maskuar si një dizajn kompleks i pajisjes dhe është shumë e vështirë të kuptohet pse kjo makinë nuk do të funksionojë. Besle përpiqet të krijojë një "motor të përjetshëm" të vazhdojë dhe në kohën tonë. Të gjitha këto përpjekje janë të dënuara për dështim, pasi që ligji i ruajtjes dhe kthimit të energjisë "ndalon" marrjen e punës pa kostot e energjisë.

Nëse trupi i disa masës lëviz nën veprimin e forcave të bashkangjitura, dhe shpejtësia e saj ka ndryshuar nga forca e bërë një punë të caktuar a.

Puna e të gjitha forcave të aplikuara është e barabartë me punën e forcës rezultuese

Midis ndryshimit në shpejtësinë e trupit dhe puna e kryer në trup të aplikuar në trup, ka një lidhje. Kjo lidhje është më e lehtë për të përcaktuar këtë lidhje, duke marrë parasysh lëvizjen e trupit përgjatë vijës së drejtë nën veprimin e forcës konstante në këtë rast, shpejtësia e shpejtësisë së lëvizjes së shpejtësisë dhe përshpejtimit është e drejtuar përgjatë një të drejtë dhe trupi kryen një lëvizje të drejtë ekuivalente. Duke dërguar aksin koordinatë përgjatë lëvizjes së drejtpërdrejtë, është e mundur të merret në konsideratë f, s, υ dhe një si vlera algjebrike (pozitive ose negative në varësi të drejtimit të vektorit përkatës). Pastaj puna e forcës mund të shkruhet si A \u003d FS. Me një lëvizje të barazuar, lëvizja s shprehet nga formula

Kjo shprehje tregon se puna e kryer nga forca (ose forca që rezulton) është e lidhur me ndryshimin e sheshit të shpejtësisë (dhe jo shpejtësisë).

Sasia fizike e barabartë me gjysmën e trupit të trupit në sheshin e shpejtësisë së saj quhet energji kinetike Trupi:

Kjo deklaratë quhet Teorema për energjinë kinetike. Teorema për energjinë kinetike është e vlefshme dhe në rastin e përgjithshëm kur trupi lëviz nën veprimin e një force ndryshimi, drejtimi i të cilit nuk përputhet me drejtimin e lëvizjes.

Energjia kinetike është energjia e lëvizjes. Energjia kinetike e trupit m lëviz në një shpejtësi është e barabartë me punën që forca e aplikuar për trupin e pushimit duhet ta bëjë këtë shpejtësi:

Në fizikë, së bashku me energjinë kinetike ose energjinë e lëvizjes, koncepti luan një rol të rëndësishëm. energji potenciale ose ndërveprimi i energjisë TEL.

Energjia potenciale përcaktohet nga pozita e ndërsjellë e organeve (për shembull, pozicioni i trupit në krahasim me sipërfaqen e tokës). Koncepti i energjisë potenciale mund të futet vetëm për forcat, puna e të cilave nuk varet nga trajektorja e lëvizjes dhe përcaktohet vetëm nga dispozitat fillestare dhe përfundimtare të trupit.. Forcat e tilla quhen konservator.

Puna e forcave konservatore në një trajektore të mbyllur është zero. Kjo deklaratë shpjegon vizatimin e mëposhtëm

Trupi i konservatorizmit është fuqia e gravitetit dhe fuqia e elasticitetit. Për këto forcë, ju mund të hyni në konceptin e energjisë potenciale.

Nëse trupi lëviz në afërsi të sipërfaqes së tokës, forca e përhershme dhe drejtimi është i vlefshëm për të, forca e kësaj force varet vetëm nga lëvizja vertikale e trupit. Në çdo fushë të rrugës, puna e gravitetit mund të regjistrohet në parashikimet e vektorit të lëvizjes në aksin OY, drejtuar vertikalisht lart:

Kjo punë është e barabartë me një ndryshim në një madhësi fizike të MGH, të marra me shenjën e kundërt. Kjo vlerë fizike quhet Energji potenciale trupat në fushën e gravitetit

E p \u003d mgh.

Është e barabartë me punën që kryhet fuqia e gravitetit kur ulet trupi në nivel zero.

Nëse e konsiderojmë lëvizjen e trupave në fushën e tokës në distanca të konsiderueshme prej saj, atëherë kur përcaktohet energjia potenciale, është e nevojshme të merret parasysh varësia e forcës nga distanca në qendër të tokës (ligji i Gjykimi Botëror). Për forcën e botës, energjia potenciale llogaritet në mënyrë të përshtatshme nga një pikë pafundësisht e largët, domethënë për të marrë energjinë potenciale të trupit në një pikë pafundësisht të largët të barabartë me zero. Formula shpreh masën e energjisë potenciale të trupit m në një distancë nga r nga qendra e tokës, ka formën:

ku M - peshë tokësore, g - konstante gravitacionale.

Koncepti i energjisë potenciale mund të futet për forcën e elasticitetit. Kjo forcë gjithashtu ka pasurinë e konservatorizmit. Shtrirja (ose shtrydh) pranverë, ne mund ta bëjmë atë në mënyra të ndryshme.

Ju thjesht mund të zgjasë pranverën me x, ose së pari të zgjasë atë me 2x, dhe pastaj të zvogëloni zgjatjen në vlerën e x, etj në të gjitha këto raste, forca e elasticitetit kryen të njëjtën punë që varet vetëm nga zgjatja e pranverë X në shtetin përfundimtar nëse pranvera origjinale ishte e padeklaruar. Kjo punë është e barabartë me punën e forcës së jashtme të marrë me shenjën e kundërt:

Energji potenciale e trupit të deformuar në mënyrë elastike Është e barabartë me punën e forcës së elasticitetit gjatë tranzicionit nga ky shtet në një shtet me zero deformim.

Nëse pranvera tashmë është deformuar në shtetin fillestar, dhe zgjatja e saj ishte X 1, atëherë, kur kalonte në një shtet të ri me zgjatjen X 2, forca e elasticitetit do të funksionojë, e barabartë me ndryshimin e energjisë së mundshme të marrë me shenjën e kundërt të marrë me shenjën e kundërt :

Energjia potenciale me deformim elastik është energjia e ndërveprimit të pjesëve individuale të trupit midis tyre me anë të forcave elastike.

Prona e konservatorizmit së bashku me forcën e gravitetit dhe forca e elasticitetit ka disa lloje të tjera të forcave, për shembull, fuqinë e ndërveprimit elektrostatik midis organeve të akuzuara. Forca e fërkimit nuk e ka këtë pronë. Puna e forcës së fërkimit varet nga rruga e udhëtuar. Koncepti i energjisë potenciale për forcën e fërkimit është e pamundur të hyjë.

E k1 + e p1 \u003d e k2 + e p2.

Kjo deklaratë shpreh Ligji i ruajtjes së energjisë në proceset mekanike. Kjo është pasojë e ligjeve të Njutonit. Shuma e \u003d e k + e p quhet Energjia mekanike e plotë. Ligji i ruajtjes së energjisë mekanike kryhet vetëm kur trupi në një sistem të mbyllur ndërvepron me njëri-tjetrin forcat konservatore, domethënë nga forcat për të cilat mund të futet koncepti i energjisë potenciale.

Një shembull i zbatimit të Ligjit të Konservimit të Energjisë është gjetja e fuqisë minimale të një fije të lehtë jo agresive që mban trupin që peshon M gjatë rotacionit të saj në planin vertikal (Detyra H. Guigens). Fik. 1.20.1 Shpjegon zgjidhjen e këtij problemi.

Ligji i ruajtjes së energjisë për trupin në pikat e sipërme dhe të poshtme të trajektores është shkruar në formë:

Nga këto raporte ndjekin:

Forca e fijeve duhet të tejkalojë këtë vlerë.

Forca e fërkimit nuk është konservatore. Puna e forcës së fërkimit varet nga kohëzgjatja e rrugës.

Nëse ka një forcë fërkimi midis trupave që përbëjnë një sistem të mbyllur, energjia mekanike nuk është e ruajtur. Një pjesë e energjisë mekanike kthehet në energjinë e brendshme të trupit (ngrohje).

Me ndonjë ndërveprim fizik, energjia nuk ndodh dhe nuk zhduket. Ajo del vetëm nga një formë në tjetrën.

Ky fakt eksperimental i përcaktuar shpreh ligjin themelor të natyrës - Ligji i ruajtjes dhe kthimit të energjisë.

Një nga pasojat e Ligjit të Konservimit dhe Transformimit të Energjisë është deklarata për pamundësinë e krijimit të një "motor të përhershëm" (Perpetuum Mobile) - një makinë që mund të ishte bërë për një kohë të pacaktuar, duke mos shpenzuar energji

Ligji i ruajtjes së energjisë, për çdo sistem të mbyllur, energjia e plotë mekanike mbetet konstante për çdo ndërveprim të trupave brenda sistemit. Kjo është, energjia nuk lind nga askund dhe nuk zhduket. Ajo kalon vetëm nga një formë në tjetrën. Kjo është e vërtetë për sistemet e mbyllura në të cilat energjia nuk vjen nga jashtë, dhe nuk e lë sistemin jashtë.

Një shembull i përafërt i një sistemi të mbyllur mund të shërbejë si një rënie në ngarkesë në krahasim me masë të madhe, dhe madhësi të vogla në terren nga një lartësi e vogël. Supozoni se ngarkesa është e fiksuar në një lartësi. Në të njëjtën kohë, ka energji potenciale. Kjo energji varet nga masa dhe lartësia e saj në të cilën ndodhet trupi.

Formula 1 - energji potenciale.

Energjia kinetike e ngarkesës në të njëjtën kohë është zero, pasi trupi është në pushim. Kjo është, shpejtësia e trupit është zero. Në të njëjtën kohë, nuk ka forcat e palëve të treta veprojnë në sistem. Në këtë rast, vetëm forca e gravitetit që vepron në ngarkesë është e rëndësishme për ne.

Formula 2 - Energjia kinetike.

Tjetra, trupi është lëshuar, dhe ajo shkon në një rënie të lirë. Në të njëjtën kohë, energjia e mundshme zvogëlohet. Meqenëse lartësia e trupit është zvogëluar mbi tokë. Gjithashtu rrit energjinë kinetike. Për shkak të faktit se trupi filloi të lëvizë dhe të fitonte një shpejtësi. Ngarkesa lëviz në tokë me një përshpejtim të rënies së lirë, që do të thotë me kalimin e një distance të caktuar, energjia e saj kinetike rritet për shkak të rritjes së shpejtësisë.

Figura 1 - Trupi i Rënies së Lirë.

Që nga ngarkesa me madhësi të vogla, rezistenca e ajrit është mjaft e vogël dhe energjia për kapërcimin e saj të vogël dhe mund të neglizhohet. Shpejtësia e trupit nuk është e lartë dhe në një distancë të vogël nuk arrin në momentin kur është e balueshme me fërkime rreth ajrit dhe ndalimit të përshpejtimit.

Në kohën e përplasjes me tokën, energjia kinetike është maksimale. Meqenëse trupi ka shpejtësinë maksimale për të. Dhe energjia potenciale është zero, pasi trupi ka arritur në sipërfaqen e tokës dhe lartësia është zero. Kjo është, ajo që ndodh, energjia potenciale maksimale në pikën e sipërme, pasi lëviz në kinetike, e cila nga ana tjetër arrin maksimumin në pikën e poshtme. Por shuma e të gjitha energjive në sistem gjatë lëvizjes mbetet konstante. Sa i përket energjisë potenciale ka rënë, kinetika është rritur.

Formula 3 - energjia totale e sistemit.

Tani, nëse ngarkesa sulmon parashutën. Kështu, ne do të rrisim forcën e fërkimit në lidhje me ajrin, dhe sistemi pushon të mbyllet. Si më parë, ngarkesa lëviz në tokë, por shpejtësia e saj mbetet e vazhdueshme. Meqenëse graviteti është i balancuar nga forca e fërkimit në lidhje me sipërfaqen e ajrit të parashutës. Kështu, energjia potenciale zvogëlohet me një rënie në lartësi. Dhe kinetik, gjatë gjithë rënies mbetet konstante. Që nga masa e trupit dhe shpejtësia e saj është e pandryshuar.

Figura 2 - trupi i ngadalshëm në rënie.

Suficiti i energjisë potenciale që rrjedh nga rënia e lartësisë së trupit është shpenzuar për tejkalimin e forcave të fërkimit të ajrit. Duke zvogëluar kështu normën përfundimtare të reduktimit. Kjo është, energjia potenciale kalon në sipërfaqen termike dhe ngrohëse të parashutës dhe ajrit të ambientit.

Ligji i ruajtjes së energjisë argumenton se energjia e trupit nuk zhduket kurrë dhe nuk shfaqet përsëri, mund të kthehet vetëm nga një specie në tjetrën. Ky ligj është universal. Në seksione të ndryshme të fizikës, ajo ka formulimin e vet. Mekanika klasike e konsideron ligjin e ruajtjes së energjisë mekanike.

Energjia e plotë mekanike e një sistemi të mbyllur të trupave fizikë, ndërmjet të cilave aplikohen forcat konservatore është vlera e konstante. Pra, ligji i ruajtjes së energjisë në mekanikën e Njutonit është formuluar.

Mbyllur ose i izoluar, është e zakonshme të shqyrtohet sistemi fizik në të cilin forcat e jashtme nuk zbatohen. Nuk shkëmbejnë energji me hapësirën përreth, dhe energjinë e vet, të cilën e ka, mbetet e pandryshuar, domethënë, është ruajtur. Në një sistem të tillë, ka vetëm forca të brendshme, dhe trupat bashkëveprojnë me njëri-tjetrin. Mund të konvertojë vetëm energjinë potenciale në kinetikë dhe anasjelltas.

Shembulli më i thjeshtë i një sistemi të mbyllur është një pushkë snajperi dhe plumb.

Llojet e forcave mekanike

Forcat që veprojnë brenda sistemit mekanik janë bërë për të ndarë në konservatore dhe jo mekanike.

Konservator Forcat e të cilëve puna nuk varet nga trajektorja e lëvizjes së trupit në të cilën ato zbatohen, por përcaktohen vetëm nga pozicioni fillestar dhe fundor i këtij organi. Edhe forcat konservatore quhen gjithashtu potencial. Puna e forcave të tilla në një kontur të mbyllur është zero. Shembuj të Forcave Konservatore - graviteti, forca e elasticitetit.

Të gjitha forcat e tjera quhen pa ndjenja. Kjo perfshin forca e fërkimit dhe forca e rezistencës. Ata gjithashtu quhen disipues Forca. Këto forca, me çdo lëvizje në një sistem mekanik të mbyllur, bëjnë punë negative, dhe me veprimin e tyre, energjia e plotë mekanike e sistemit zvogëlohet (shpërndahet). Ajo shkon në lloje të tjera, jo mekanike të energjisë, për shembull, në ngrohtësi. Prandaj, ligji i ruajtjes së energjisë në një sistem mekanik të mbyllur mund të kryhet vetëm nëse nuk ka forca jo-konservatore në të.

Energjia totale e sistemit mekanik përbëhet nga energjia kinetike dhe potenciale dhe është shuma e tyre. Këto lloje të energjive mund të kthehen në njëri-tjetrin.

Energji potenciale

Energji potenciale Telefononi energjinë e ndërveprimit të trupave fizikë ose pjesëve të tyre midis tyre. Është përcaktuar nga vendndodhja e tyre e ndërsjellë, domethënë distanca midis tyre dhe është e barabartë me punën që duhet të bëhet për të lëvizur trupin nga pika e referencës në një pikë tjetër në fushën e veprimit të forcave konservatore.

Energjia potenciale ka ndonjë trup fizik fiks të ngritur në një lartësi, pasi forca e gravitetit vepron në të, e cila është konservatore. Një energji e tillë ka ujë në buzë të një ujëvarë, varkën në majë të malit.

Ku erdhi kjo energji? Ndërsa trupi fizik u ngrit në lartësi, ata punonin dhe shpenzonin energji. Këtu është kjo energji dhe mbërthyer në trupin e ngritur. Dhe tani kjo energji është gati për punë.

Madhësia e energjisë potenciale të trupit përcaktohet nga lartësia në të cilën trupi është në krahasim me një nivel fillestar. Për pikën e referencës, ne mund të pranojmë çdo pikë të zgjedhur prej nesh.

Nëse e konsiderojmë pozitën e trupit në krahasim me tokën, atëherë energjia potenciale e trupit në sipërfaqen e tokës është zero. Dhe në lartësi h. Është llogaritur nga formula:

E p \u003d m ɡ h. ,

ku m. - Masa e trupit

ɡ - përshpejtimi i gravitetit

h. - Lartësia e qendrës së trupit masiv në krahasim me tokën

ɡ \u003d 9.8 m / s 2

Kur bie trupin me lartësi h 1. në lartësi h 2. Forca e gravitetit bën një punë. Kjo punë është e barabartë me ndryshimin e energjisë potenciale dhe ka një vlerë negative, që nga madhësia e energjisë potenciale kur trupi bie zvogëlohet.

A \u003d - ( E p2 - E p1) \u003d - δ E p. ,

ku E p1. - Energjia e mundshme e trupit në lartësi h 1. ,

E p2 - energjia potenciale e trupit në lartësi h 2. .

Nëse trupi ngrihet në një lartësi, ata bëjnë punë kundër gravitetit. Në këtë rast, ajo ka një vlerë pozitive. Dhe madhësia e energjisë potenciale të trupit rritet.

Energjia potenciale ka një trup të deformuar në mënyrë të shkëlqyeshme (pranverë të ngjeshur ose të shtrirë). Vlera e saj varet nga ngurtësia e pranverës dhe në të cilën gjatësi është shtrydhur ose shtrirë, dhe përcaktohet nga formula:

E p \u003d k · (δx) 2/2 ,

ku k. - koeficienti i ngurtësimit

Δx. - ngjallja ose ngjeshja e trupit.

Energjia potenciale e pranverës mund të funksionojë.

Energji kinetike

Përkthyer nga "Kinema" greke do të thotë "lëvizje". Energjia që merret trupi fizik për shkak të lëvizjes së saj quhet kinetike. Vlera e saj varet nga shpejtësia e lëvizjes.

Rolling në fushë një top futbolli, duke u ringjallur nga mali dhe sledges vazhdim, të lëshuar nga Luka Arrow - të gjithë ata posedojnë energji kinetike.

Nëse trupi është në pushim, energjia e saj kinetike është zero. Pasi forca ose disa forca funksionon në trup, do të fillojë të lëvizë. Dhe që nga lëvizja e trupit, fuqia që vepron në të bën punën. Forca e punës nën ndikimin e të cilit trupi nga gjendja e pushimit do të lëvizë në lëvizje dhe të ndryshojë shpejtësinë e saj nga zero në ν , i quajtur energji kinetike masë e trupit m. .

Nëse në momentin fillestar të kohës, trupi ishte tashmë në lëvizje, dhe shpejtësia e saj ishte kuptim ν 1. Dhe në fund të fundit ajo ishte e barabartë ν 2. Puna e kryer nga forca ose forcat që veprojnë në trup do të jetë e barabartë me rritjen e energjisë kinetike të trupit.

∆ E k \u003d. E k 2 - E k 1

Nëse drejtimi i forcës përputhet me drejtimin e lëvizjes, atëherë kryhet puna pozitive dhe energjia kinetike e trupit rritet. Dhe nëse forca është e drejtuar drejt, drejtimi i kundërt i lëvizjes, atëherë kryhet puna negative, dhe trupi jep energji kinetike.

Ligji mekanik i ruajtjes së energjisë

E. K. 1 + E p1= E. K. 2 + E p2.

Çdo trup fizik i vendosur në një lartësi ka energji potenciale. Por kur të bini, fillon ta humbasë këtë energji. Ku shkon? Rezulton se nuk zhduket kudo, por kthehet në energjinë kinetike të të njëjtit trup.

Mendoj , në një lartësi, ngarkesa është fiksuar fikse. Energjia e mundshme në këtë pikë është e barabartë me vlerën maksimale.Nëse le të shkojmë, ai do të fillojë të bjerë me një shpejtësi të caktuar. Rrjedhimisht, do të fillojë të fitojë energji kinetike. Por në të njëjtën kohë, energjia e mundshme do të fillojë të ulet. Në pikën e rënies, energjia kinetike e trupit do të arrijë maksimumin, dhe potenciali do të ulet në zero.

Energjia potenciale e topit të braktisur nga lartësia është zvogëluar dhe rritet energjia kinetike. Sledge, të cilat janë në pushim në krye të malit, kanë energji potenciale. Energjia e tyre kinetike në këtë moment është zero. Por kur fillojnë të rrokullisen, energjia kinetike do të rritet, dhe potenciali për të ulur të njëjtën vlerë. Dhe shuma e vlerave të tyre do të mbetet e pandryshuar. Energjia potenciale e mollës që varet në pemë, kur bie, kthehet në energjinë e saj kinetike.

Këta shembuj konfirmojnë qartë ligjin e ruajtjes së energjisë, e cila thotë se energjia totale e sistemit mekanik është madhësia e konstante . Vlera e energjisë totale të sistemit nuk ndryshon, dhe energjia potenciale shkon në kinetike dhe anasjelltas.

Çfarë madhësie energjia potenciale do të ulet, kinetika do të rritet në të njëjtën. Shuma e tyre nuk do të ndryshojë.

Barazia është e drejtë për një sistem të mbyllur të trupave fizikë
E k1 + e p1 \u003d e k2 + e p2,
Ku E k1, e p1 - Energjia kinetike dhe potenciale e sistemit për çdo ndërveprim, E k2, e p2 - energjitë e duhura pas tij.

Procesi i konvertimit të energjisë kinetike në një potencial dhe përkundrazi mund të shihet duke shikuar lavjerrësin e lëkundur.

Klikoni në foto

Duke qenë në një pozitë jashtëzakonisht të drejtë, lavjerrja duket të jetë e lirë. Në këtë pikë, lartësia e saj mbi pikën e referencës është maksimale. Rrjedhimisht, energjia maksimale dhe potenciale. Dhe kinetika është zero, pasi nuk lëviz. Por momenti tjetër, pendulumi fillon të lëvizë poshtë. Ajo rrit shpejtësinë e saj, dhe, kjo do të thotë, rritet energjia kinetike. Por lartësia zvogëlohet, dhe ulja e energjisë potenciale zvogëlohet. Në pikën e poshtme, ajo do të bëhet e barabartë me zero, dhe energjia kinetike do të arrijë vlerën maksimale. Pendulumi do të fluturojë këtë pikë dhe fillon të ngrihet deri në të majtë. Ajo do të rrisë energjinë e mundshme, dhe kinetika do të ulet. Etj.

Për të demonstruar transformimet e Energjisë Isac, Newton doli me një sistem mekanik të quajtur cradle newton ose Topat e Njutonit .

Klikoni në foto

Nëse ju refuzoni në anën tjetër, atëherë le të shkoni nga topi i parë, atëherë energjia dhe impulsi i saj transferohen në të fundit përmes tre topa të ndërmjetme që do të mbeten të fiksuara. Dhe topi i fundit do të devijojë me të njëjtën shpejtësi dhe rritet në të njëjtën lartësi si i pari. Pastaj topi i fundit do të transmetojë energjinë e saj dhe pulsin përmes balls të ndërmjetëm të parë dhe kështu me radhë.

Topi i rezervuar në anën ka energjinë maksimale potenciale. Energjia e tij kinetike në këtë moment është zero. Duke filluar lëvizjen, ajo humbet energjinë potenciale dhe fiton kinetikën, e cila në kohën e përplasjes me topin e dytë arrin maksimumin dhe potenciali bëhet i barabartë me zero. Tjetra, energjia kinetike transmetohet nga topa e dytë, pastaj e treta, e katërt dhe e pestë. Kjo e fundit, duke marrë energji kinetike, fillon të lëvizë dhe të ngrihet në të njëjtën lartësi, në të cilën ka pasur një top të parë në fillim të lëvizjes. Energjia e saj kinetike në këtë moment është zero, dhe potenciali është i barabartë me vlerën maksimale. Më tej, ajo fillon të bjerë dhe vetëm gjithashtu transmeton energjinë me topa në mënyrë të kundërt.

Pra vazhdon mjaft kohë dhe mund të vazhdojë pafundësisht nëse nuk ka forca jo-konservatore. Por në realitet, forcat disipative veprojnë në sistem, nën veprimin e të cilave topa humbin energjinë e tyre. Gradualisht zvogëlon shpejtësinë dhe amplitudën e tyre. Dhe në fund, ata ndalen. Kjo konfirmon se Ligji i Konservimit të Energjisë kryhet vetëm në mungesë të forcave jo të qëndrueshme.