იმის გამო, რომ ფიზიკა არის მატერიისა და ენერგიის ნაკადის შესწავლაენერგიის შენარჩუნების კანონიარის ძირითადი იდეა იმის გასაგებად, თუ რას შეისწავლის ფიზიკოსი და როგორ შეისწავლის იგი მას.
ფიზიკა არ ნიშნავს ერთეულების ან განტოლებების დამახსოვრებას, არამედ ჩარჩოს, რომელიც არეგულირებს ყველა ნაწილაკის ქცევას, მაშინაც კი, თუ მსგავსება ერთი შეხედვით არ ჩანს.
თერმოდინამიკის პირველი კანონიარის ენერგიის დაზოგვის შესახებ ამ კანონის განახლება სითბური ენერგიის თვალსაზრისით:შინაგანი ენერგიასისტემის ტოლი უნდა იყოს სისტემაში შესრულებული ყველა სამუშაოს ჯამური, პლუს-მინუს სისტემაში შეედინება ან გამოდის სითბო.
ფიზიკაში კიდევ ერთი ცნობილი კონსერვაციის პრინციპია მასის შენარჩუნების კანონი; როგორც თქვენ აღმოაჩენთ, ეს ორი კანონი - და აქ ორი სხვაც გაგაცნობთ - უფრო მჭიდრო კავშირშია ვიდრე თვალს (ან ტვინს).
ნიუტონის მოძრაობის კანონები
უნივერსალური ფიზიკური პრინციპების ნებისმიერ კვლევას უნდა დაემყაროს მოძრაობის სამი ძირითადი კანონის მიმოხილვა, რომლებიც ჩამოყალიბდა ისააკ ნიუტონის მიერ ასობით წლის წინ. Ესენი არიან:
- პირველი მოძრაობის კანონი (ინერციის კანონი):მუდმივი სიჩქარის მქონე ობიექტი (ან ისვენებს, სადაც v = 0) ამ მდგომარეობაში რჩება, თუ არაწონასწორებული გარე ძალა მოქმედებს მისი გაღიზიანებისთვის.
- მოძრაობის მეორე კანონი:წმინდა ძალა (Fწმინდა) მოქმედებს მასის (მ) ობიექტების დასაჩქარებლად. აჩქარება (ა) არის სიჩქარის შეცვლის სიჩქარე (v).
- მოძრაობის მესამე კანონი:ბუნებაში არსებული თითოეული ძალისთვის არსებობს სიდიდის ტოლი და მიმართულების საწინააღმდეგო ძალა.
დაცული რაოდენობები ფიზიკაში
ფიზიკაში კონსერვაციის კანონები ვრცელდება მათემატიკურ სრულყოფაზე მხოლოდ ჭეშმარიტად იზოლირებულ სისტემებში. ყოველდღიურ ცხოვრებაში, ასეთი სცენარები იშვიათია. ოთხი კონსერვირებული რაოდენობაამასა, ენერგია, იმპულსიდაიმპულსის მომენტი. აქედან ბოლო სამი მექანიკის დაქვემდებარებაშია.
მასაუბრალოდ რაღაცის მატერიის რაოდენობაა და როდესაც სიმძიმის გამო ადგილობრივი აჩქარებაზე გამრავლდება, შედეგია წონა. მასა აღარ შეიძლება განადგურდეს ან ნულიდან შეიქმნას, ვიდრე ენერგია.
იმპულსიარის ობიექტის მასის და მისი სიჩქარის პროდუქტი (მ ·ვ). ორი ან მეტი კოლიზიური ნაწილაკის სისტემაში, სისტემის საერთო იმპულსია (ინდივიდუალური ჯამი) ობიექტების მომენტი) არასოდეს იცვლება, სანამ არ არსებობს ხახუნის დანაკარგები ან ურთიერთქმედება გარეთან სხეულები.
Იმპულსის მომენტი (ლ) მხოლოდ იმპულსია მბრუნავი ობიექტის ღერძის შესახებ და უდრის m ·ვ. რ, სადაც r არის მანძილი ობიექტიდან ბრუნვის ღერძამდე.
ენერგიაჩნდება მრავალი ფორმით, ზოგი უფრო სასარგებლოა, ვიდრე სხვები. სითბო, ფორმა, რომელშიც საბოლოოდ უნდა არსებობდეს მთელი ენერგია, ნაკლებად სასარგებლოა მისი სასარგებლო სამუშაოს შესრულების თვალსაზრისით და, ჩვეულებრივ, პროდუქტია.
ენერგიის დაზოგვის კანონი შეიძლება დაიწეროს:
KE + PE + IE = E
სადაც KE =კინეტიკური ენერგია= (1/2) მვ2, PE =პოტენციური ენერგია(ტოლია მგh როდესაც გრავიტაცია ერთადერთი მოქმედი ძალაა, მაგრამ სხვა ფორმებში ჩანს), IE = შინაგანი ენერგია და E = მთლიანი ენერგია = მუდმივა.
- იზოლირებულ სისტემებს შეიძლება ჰქონდეთ მექანიკური ენერგია გარდაქმნილი სითბოს ენერგიად თავიანთ საზღვრებში; თქვენ შეგიძლიათ განსაზღვროთ "სისტემა" ნებისმიერი დაყენება, რომელსაც აირჩევთ, რადგან დარწმუნებული ხართ მისი ფიზიკური მახასიათებლების გარკვევაში. ეს არ არღვევს ენერგორესურსების დაცვის კანონს.
ენერგიის გარდაქმნები და ენერგიის ფორმები
სამყაროში მთელი ენერგია დიდი აფეთქების შედეგად წარმოიშვა და ენერგიის ეს მთლიანი რაოდენობა ვერ შეიცვლება. ამის ნაცვლად, ჩვენ მუდმივად ვაკვირდებით ენერგიის ცვალებად ფორმებს, კინეტიკური ენერგიიდან (მოძრაობის ენერგია) დამთავრებული სითბოს ენერგიამდე, ქიმიური ენერგიიდან ელექტრულ ენერგიამდე, გრავიტაციული პოტენციური ენერგიიდან მექანიკურ ენერგიამდე და ა.შ.
ენერგიის გადაცემის მაგალითები
სითბო არის ენერგიის სპეციალური ტიპი (თერმული ენერგია) იმაში, რომ, როგორც აღნიშნა, იგი ადამიანისთვის ნაკლებად სასარგებლოა, ვიდრე სხვა ფორმები.
ეს ნიშნავს, რომ მას შემდეგ, რაც სისტემის ენერგიის ნაწილი გადაიქცევა სითბოდ, მას არ შეუძლია ისე ადვილად დაუბრუნდეს უფრო სასარგებლო ფორმას დამატებითი სამუშაოების შეტანის გარეშე, რაც დამატებით ენერგიას იღებს.
მბზინავი ენერგიის სასტიკი რაოდენობა, რომელსაც მზე უშვებს ყოველ წამს და ვერასდროს ვერანაირად ვერ შეძლებს აღდგენას ან გამოყენებას ამ რეალობის მუდმივი დასტურია, რომელიც მუდმივად ვითარდება მთელ გალაქტიკაში და სამყაროში, როგორც ა მთლიანი. ამ ენერგიის ნაწილი "იპყრობს" ბიოლოგიურ პროცესებში დედამიწაზე, მათ შორის ფოტოსინთეზი მცენარეები, რომლებიც ამზადებენ საკუთარ საკვებს, აგრეთვე ცხოველებისა და ბაქტერიების საკვებს (ენერგიას) აწვდიან და ასე შემდეგ
ის ასევე შეიძლება აღბეჭდეს ადამიანის ინჟინერიის პროდუქტებს, მაგალითად, მზის უჯრედებს.
ენერგიის დაზოგვის კონტროლი
საშუალო სკოლის ფიზიკის სტუდენტები, როგორც წესი, იყენებენ ღვეზელის დიაგრამებს ან გრაფიკებს, რომ აჩვენონ შესწავლილი სისტემის მთლიანი ენერგია და თვალყური ადევნონ მის ცვლილებებს.
იმის გამო, რომ ღვეზე ენერგიის მთლიანი რაოდენობა (ან წნულების სიმაღლის ჯამი) ვერ შეიცვლება, განსხვავებაა ნაჭრების ან შტრიხების კატეგორიები აჩვენებს, თუ მოცემული წერტილის მთლიანი ენერგიის რა ნაწილია ენერგიის ეს ფორმა ან სხვა.
სცენარის მიხედვით, შესაძლებელია სხვადასხვა სქემების ჩვენება სხვადასხვა წერტილში ამ ცვლილებების დასადევნებლად. მაგალითად, გაითვალისწინეთ, რომ თერმული ენერგიის რაოდენობა თითქმის ყოველთვის იზრდება, რაც უმეტეს შემთხვევაში წარმოადგენს ნარჩენებს.
მაგალითად, თუ ბურთს 45 გრადუსიანი კუთხით აგდებთ, თავდაპირველად მთელი მისი ენერგია კინეტიკურია (რადგან h = 0) და შემდეგ წერტილში, რომელზეც ბურთი მიაღწევს თავის უმაღლეს წერტილს, მისი პოტენციური ენერგია, როგორც მთლიანი ენერგიის წილი უმაღლესი
როგორც ის იზრდება და როგორც დაეცემა, მისი ზოგიერთი ენერგია გარდაიქმნება სითბოში ხახუნის ძალების შედეგად ჰაერი, ასე რომ KE + PE არ რჩება მუდმივი ამ სცენარში, მაგრამ ამის ნაცვლად მცირდება, ხოლო E ენერგია კვლავ უცვლელი რჩება.
(ჩადეთ რამდენიმე დიაგრამა ტორტის / სვეტის დიაგრამებით, ენერგიის ცვლილებების თვალთვალისთვის
კინემატიკა მაგალითი: თავისუფალი დაცემა
თუ თქვენ გაქვთ 1,5 კგ ბოულინგის ბურთი სახურავიდან 100 მეტრის სიმაღლეზე (დაახლოებით 30 სართულიანი) მიწის ზემოთ, შეგიძლიათ გამოთვალოთ მისი პოტენციური ენერგია იმის გათვალისწინებით, რომგ = 9,8 მ / წმ2და PE = მგთ:
(1.5 \ text {kg}) (100 \ text {m}) (9.8 \ text {m / s} ^ 2) = 1,470 \ text {Joules (J)}
თუ ბურთს გამოუშვებთ, მისი ნულოვანი კინეტიკური ენერგია უფრო და უფრო სწრაფად იზრდება ბურთის ვარდნის და აჩქარებისთანავე. მომენტში იგი მიაღწევს მიწას, KE ტოლი უნდა იყოს PE მნიშვნელობას პრობლემის დასაწყისში, ან 1,470 J. Ახლა,
KE = 1470 = \ frac {1} {2} mv ^ 2 = \ frac {1} {2} (1.5) v ^ 2
ვთქვათ, რომ არ არის ენერგიის დაკარგვა ხახუნის გამო, მექანიკური ენერგიის დაზოგვა საშუალებას გაძლევთ გამოთვალოთვ, რაც აღმოჩნდა44,3 მ / წმ.
რაც შეეხება აინშტაინს?
ფიზიკის სტუდენტები შეიძლება ცნობიერების დაბნეულობაში იყვნენმასა-ენერგია განტოლება (E = mc2), მაინტერესებს, ეწინააღმდეგება თუ არა ის კანონსენერგიის დაზოგვა(ანმასის შენარჩუნება), ვინაიდან ეს გულისხმობს მასის ენერგიად გადაკეთებას და პირიქით.
ეს ფაქტობრივად არ არღვევს არცერთ კანონს, რადგან ის აჩვენებს, რომ მასა და ენერგია სინამდვილეში ერთი და იგივე ნივთის სხვადასხვა ფორმაა. ეს მსგავსია მათი გაზომვაში სხვადასხვა ერთეულებში, კლასიკური და კვანტური მექანიკის სიტუაციების განსხვავებული მოთხოვნების გათვალისწინებით.
სამყაროს სითბოთი გარდაცვალებისას, თერმოდინამიკის მესამე კანონის თანახმად, ყველა ნივთი გადაიქცევა თერმულ ენერგიად. ამ ენერგიის გარდაქმნის დასრულების შემდეგ, აღარ შეიძლება გარდაქმნები მოხდეს, თუნდაც სხვა ჰიპოთეტური სინგულარული მოვლენის გარეშე, მაგალითად დიდი აფეთქება.
მუდმივი მოძრაობის მანქანა?
დედამიწაზე "მუდმივი მოძრაობის აპარატი" (მაგ., Pendulum, რომელიც იგივე დროით ტრიალებს და ბრუნავს ისე, რომ არ შენელდეს) შეუძლებელია ჰაერის წინააღმდეგობის და ენერგიის უკმარისობის გამო. გიზმოს გასაგრძელებლად საჭირო იქნება გარე სამუშაოების შეტანა გარკვეულ ეტაპზე, ამით მიზნის დამარცხება.