Zakon o uštedi energije: opis i primjeri

Potencijalna energija je apstraktna vrijednost, jer će svaki objekt koji ima određenu visinu iznad površine Zemlje već imati određenu količinu potencijalne energije. Izračunava se množenjem brzine. slobodni pad do visine iznad Zemlje, kao i do mase. Ako se tijelo kreće, možete govoriti o prisutnosti kinetičke energije.

Formula i opis zakona

Rezultat dodavanja kinetičke i potencijalne energije u sustav zatvoren od vanjskih utjecaja, čiji dijelovi međusobno djeluju zbog elastičnih sila i sile, ne mijenja se - to je zakon očuvanja energije u klasičnoj mehanici. Formula ovog zakona je sljedeća: Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2. Ovdje Ek1 je kinetička energija određenog fizičkog tijela u određenom trenutku u vremenu, a Ep1 je potencijal. Isto vrijedi i za Ek2 i Ep2, ali već u sljedećem vremenskom razdoblju. Ali ovaj je zakon istinit samo ako je sustav u kojem djeluje zatvoren (ili konzervativan). To sugerira da je vrijednost pune mehanička energija ne mijenja se kada na sustav djeluju samo konzervativne sile. Kada se uključe nekonzervativne sile, mijenja se dio energije, preuzimajući druge oblike. Takvi se sustavi nazivaju disipativni. Zakon očuvanja energije djeluje kada vanjske sile ne utječu na tijelo.

Primjer manifestacije zakona

Jedan od tipičnih primjera koji opisuje opisani zakon je eksperiment s čeličnom kuglom, koji pada na ploču iste tvari ili na čašu, odbijajući se od nje na približno istu visinu kao što je bila prije pada. Taj se učinak postiže zahvaljujući činjenici da se, kada se objekt kreće, energija pretvara nekoliko puta. U početku, vrijednost potencijalne energije počinje težiti nuli, dok se kinetika povećava, ali nakon sudara postaje potencijalna energija elastične deformacije kugle.

To se nastavlja sve do trenutka kada se objekt u potpunosti zaustavi, pri čemu započinje kretanje prema gore zbog sila elastične deformacije ploče i padajućeg objekta. Ali u isto vrijeme dolazi u akciju potencijalne energije gravitacija. Budući da se lopta razumije na približno istoj visini od koje je pala, kinetička energija u njoj je ista. Osim toga, zbroj svih energija koje djeluju na pokretni objekt ostaje isti tijekom cijelog opisanog procesa, potvrđujući zakon očuvanja ukupne mehaničke energije.

Elastična deformacija - što je to?

Kako bi se u potpunosti razumio navedeni primjer, vrijedno je bolje razumjeti što je potencijalna energija elastičnog tijela - ovaj koncept znači posjedovanje elastičnosti, koja se, kada su svi dijelovi zadanog sustava deformirani, može vratiti u stanje mirovanja, radeći na tijelima s kojima fizički objekt. Na djelovanje sila elastičnosti ne utječe oblik trajektorije kretanja, budući da rad na štetu njih ovisi samo o položaju tijela na početku i na kraju pokreta.

Kada su vanjske sile

Ali zakon očuvanja ne odnosi se na stvarne procese u kojima je uključena sila trenja. Primjer je padajući predmet na tlu. Tijekom sudara kinetička energija i snaga otpora se povećava. Taj se proces ne uklapa u okvire mehanike, jer se tjelesna temperatura povećava zbog povećane otpornosti. Iz navedenog slijedi da zakon o uštedi energije u mehanici ima ozbiljna ograničenja.

termodinamika

Prvi zakon termodinamike kaže: razlika između količine topline akumulirane zbog rada na vanjskim objektima jednaka je promjeni unutarnja energija ovaj ne-konzervativni termodinamički sustav.

No, ta se tvrdnja najčešće formulira u drugačijoj formi: količina topline dobivene termodinamičkim sustavom troši se na rad na objektima izvan sustava, kao i na promjenu količine energije unutar sustava. Prema ovom zakonu, on ne može nestati, pretvarajući se iz jednog oblika u drugi. Iz toga slijedi da je stvaranje stroja koji ne troši energiju (tzv. Perpetuum mobile) nemoguće jer će sustavu trebati energija izvana. No mnogi su ga i dalje uporno pokušavali stvoriti, ne uzimajući u obzir zakon o očuvanju energije.

Primjer manifestacije zakona konzervacije u termodinamici

Pokusi pokazuju da termodinamički procesi ne mogu biti obrnuti. Primjer za to je kontakt tijela s različitim temperaturama, pri čemu će se više zagrijavati, a druga je primiti. Obrnuti proces je u načelu nemoguć. Drugi primjer je prijenos plina s jednog dijela posude na drugi nakon otvaranja pregrade između njih, pod uvjetom da je drugi dio prazan. Tvar u ovom slučaju nikada neće početi spontano krenuti u suprotnom smjeru. Iz navedenog proizlazi da svaki termodinamički sustav teži stanju mirovanja, u kojem su njegovi pojedinačni dijelovi u ravnoteži i imaju istu temperaturu i tlak.

hidrodinamika

Primjena zakona očuvanja u hidrodinamičkim procesima izražena je u načelu, opisao ga je Bernoulli. Zvuči ovako: zbroj tlaka i kinestetičke i potencijalne energije po jedinici volumena jednak je u bilo kojoj točki toka tekućine ili plina. To znači da je za mjerenje brzine protoka dovoljno izmjeriti tlak na dvije točke. To se u pravilu radi s manometrom. Ali Bernoullijev zakon vrijedi samo ako je tekućina u pitanju viskoznost koja je nula. Kako bi se opisao tijek stvarnih tekućina, koristi se Bernoullijev integral, što podrazumijeva dodavanje pojmova koji uzimaju u obzir otpornost.

elektrodinamika

Prilikom elektrifikacije dvaju tijela broj elektrona u njima ostaje nepromijenjen, zbog čega je pozitivni naboj jednog tijela jednak u odnosu na negativni naboj drugog tijela. Prema tome, zakon očuvanja električnog naboja sugerira da se u električki izoliranom sustavu zbroj naboja njegovih tijela ne mijenja. Ta je tvrdnja također istinita kada se nabijene čestice pretvaraju. Dakle, kada se sudaraju 2 neutralno nabijene čestice, zbroj njihovih naboja i dalje ostaje nula, budući da se pozitivno nabijena čestica pojavljuje zajedno s negativno nabijenom česticom.

zaključak

Zakon očuvanja mehaničke energije, momenta i trenutka - temeljni fizički zakoni povezani s homogenošću vremena i njegovom izotropijom. Oni nisu ograničeni samo na okvire mehanike i primjenjivi su kako na procese koji se odvijaju u svemiru tako i na kvantne pojave. Zakoni očuvanja omogućuju dobivanje podataka o različitim mehaničkim procesima bez njihovog proučavanja pomoću jednadžbi gibanja. Ako neki proces u teoriji ignorira ova načela, onda je provedba eksperimenata u ovom slučaju besmislena, jer će biti neučinkovita.