물리학은 물질과 에너지의 흐름에 대한 연구이기 때문에에너지 보존 법칙물리학자가 연구하는 모든 것을 설명하고 연구하는 방식을 설명하는 핵심 아이디어입니다.
물리학은 단위 나 방정식을 암기하는 것이 아니라 유사성이 한 눈에 분명하지 않더라도 모든 입자의 동작을 제어하는 프레임 워크에 관한 것입니다.
열역학 제 1 법칙열 에너지 측면에서이 에너지 절약 법칙을 다시 언급 한 것입니다.내부 에너지시스템에서 수행 된 모든 작업의 합계와 시스템으로 유입되거나 유출되는 열을 더하거나 뺀 값과 같아야합니다.
물리학에서 잘 알려진 또 다른 보존 원리는 질량 보존의 법칙입니다. 알게 되겠지만, 이 두 가지 보존 법칙은 – 그리고 여기에서 다른 두 가지에 대해서도 소개 될 것입니다 – 눈 (또는 뇌)을 만나는 것보다 더 밀접하게 관련되어 있습니다.
뉴턴의 운동 법칙
보편적 인 물리적 원리에 대한 모든 연구는 수백 년 전에 Isaac Newton이 형태로 만든 세 가지 기본 운동 법칙에 대한 검토에 의해 뒷받침되어야합니다. 이것들은:
- 운동의 첫 번째 법칙 (관성 법칙) :일정한 속도 (또는 정지 상태, 여기서 v = 0)를 가진 물체는 불균형 한 외부 힘이 물체를 섭동하지 않는 한이 상태를 유지합니다.
- 운동의 두 번째 법칙 :순 힘 (F그물) 질량 (m)으로 물체를 가속하는 역할을합니다. 가속도 (a)는 속도 (v)의 변화율입니다.
- 운동의 제 3 법칙 :자연의 모든 힘에는 크기가 같고 방향이 반대 인 힘이 존재합니다.
물리학에서 보존 된 수량
물리학 보존 법칙은 진정으로 고립 된 시스템에서만 수학적 완전성에 적용됩니다. 일상 생활에서 그러한 시나리오는 드뭅니다. 네 가지 보존 수량은질량, 에너지, 기세과각운동량. 이들 중 마지막 세 개는 역학의 영역에 속합니다.
질량물질의 양일 뿐이며 중력으로 인한 국소 가속도를 곱하면 무게가됩니다. 질량은 에너지보다 더 이상 처음부터 파괴되거나 생성 될 수 없습니다.
기세물체의 질량과 속도 (m ·V). 두 개 이상의 충돌 입자로 구성된 시스템에서 시스템의 총 운동량 (개인의 합) 물체의 운동량) 마찰 손실이나 외부와의 상호 작용이없는 한 절대 변하지 않습니다. 시체.
각운동량 (엘)는 회전하는 물체의 축에 대한 운동량이며 m ·v · r, 여기서 r은 객체에서 회전 축까지의 거리입니다.
에너지여러 형태로 나타나며 일부는 다른 것보다 유용합니다. 모든 에너지가 궁극적으로 존재하게되는 형태 인 열은 유용한 작업에 투입하는 측면에서 가장 유용하지 않으며 일반적으로 제품입니다.
에너지 보존 법칙은 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
KE + PE + IE = E
여기서 KE =운동 에너지= (1/2) mV2, PE =잠재력(m과 같음지h 중력이 작용하는 유일한 힘이지만 다른 형태로 볼 때) IE = 내부 에너지, E = 총 에너지 = 상수.
- 격리 된 시스템은 경계 내에서 열 에너지로 변환 된 기계적 에너지를 가질 수 있습니다. 물리적 특성을 확신 할 수있는 한 "시스템"을 사용자가 선택한 모든 설정으로 정의 할 수 있습니다. 이것은 에너지 보존법을 위반하지 않습니다.
에너지 변환 및 에너지 형태
우주의 모든 에너지는 빅뱅에서 발생했으며 그 총 에너지 량은 변할 수 없습니다. 대신 우리는 운동 에너지 (운동 에너지)에서 열 에너지에 이르기까지 지속적으로 에너지 변화 형태를 관찰합니다. 화학 에너지에서 전기 에너지로, 중력 위치 에너지에서 기계 에너지로 등등.
에너지 전달의 예
열은 특별한 유형의 에너지입니다 (열 에너지) 언급했듯이 다른 형태보다 인간에게 덜 유용하다는 점에서.
즉, 시스템 에너지의 일부가 열로 변환되면 추가 에너지를 필요로하는 추가 작업 입력 없이는 더 유용한 형태로 쉽게 되돌릴 수 없습니다.
태양이 매초마다 방출하는 엄청난 양의 복사 에너지는 결코 재생하거나 재사용 할 수 없습니다. 이 현실에 대한 확고한 증거이며, 은하계와 우주 전체에 지속적으로 펼쳐지고 있습니다. 전부의. 이 에너지의 일부는 광합성을 포함한 지구상의 생물학적 과정에서 "포획"됩니다. 자신의 음식을 만들고 동물과 박테리아에게 음식 (에너지)을 제공하는 식물 곧.
또한 태양 전지와 같은 인간 공학 제품으로도 포착 할 수 있습니다.
에너지 절약 추적
고등학생 물리학 학생들은 일반적으로 파이 차트 또는 막대 그래프를 사용하여 연구중인 시스템의 총 에너지를 표시하고 변경 사항을 추적합니다.
파이의 총 에너지 양 (또는 막대 높이의 합)은 변할 수 없기 때문에 슬라이스 또는 막대 범주는 특정 지점에서 총 에너지 중 어느 정도의 에너지가 한 형태인지 또는 다른 형태인지를 보여줍니다.
시나리오에서는 이러한 변경 사항을 추적하기 위해 서로 다른 지점에 서로 다른 차트가 표시 될 수 있습니다. 예를 들어, 열 에너지의 양은 거의 항상 증가하여 대부분의 경우 낭비를 나타냅니다.
예를 들어 공을 45도 각도로 던지면 처음에는 모든 에너지가 운동 적이며 (h = 0이기 때문에) 공이 가장 높은 지점에 도달하는 지점에서 총 에너지의 일부인 위치 에너지는 제일 높은.
그것이 상승하고 이후에 하락함에 따라 에너지의 일부는 마찰력의 결과로 열로 변환됩니다. 공기이므로 KE + PE는이 시나리오 전체에서 일정하게 유지되지 않고 대신 총 에너지 E가 일정하게 유지되는 동안 감소합니다.
(에너지 변화를 추적하는 원형 / 막 대형 차트가있는 몇 가지 예시 다이어그램 삽입
운동학 예제: 자유 낙하
지상 100m (약 30 층)의 옥상에서 1.5kg 볼링 공을 들고 있으면 다음 값이 주어지면 위치 에너지를 계산할 수 있습니다.g = 9.8m / s2및 PE = m지h :
(1.5 \ text {kg}) (100 \ text {m}) (9.8 \ text {m / s} ^ 2) = 1,470 \ text {줄 (J)}
공을 놓으면 공이 떨어지고 가속됨에 따라 제로 운동 에너지가 점점 더 빠르게 증가합니다. 지면에 도달하는 순간, KE는 문제가 시작될 때의 PE 값 또는 1,470 J와 같아야합니다. 지금이 순간,
KE = 1470 = \ frac {1} {2} mv ^ 2 = \ frac {1} {2} (1.5) v ^ 2
마찰로 인한 에너지 손실이 없다고 가정하면 기계적 에너지 보존을 통해 다음을 계산할 수 있습니다.V, 이는44.3m / 초
아인슈타인은 어떻습니까?
물리학 학생들은 유명한질량 에너지 방정식 (E = mc2), 그것이 법칙을 위반하는지 궁금합니다.에너지 보존(또는질량 보존), 이는 질량이 에너지로 변환 될 수 있고 그 반대도 가능함을 의미하기 때문입니다.
그것은 실제로 질량과 에너지가 같은 것의 다른 형태임을 보여주기 때문에 실제로 두 법칙을 위반하지 않습니다. 고전과 양자 역학 상황의 다양한 요구를 감안할 때 다른 단위로 측정하는 것과 비슷합니다.
우주의 열사에서 열역학 제 3 법칙에 따라 모든 물질은 열에너지로 변환 될 것입니다. 이 에너지 변환이 완료되면 적어도 빅뱅과 같은 다른 가상의 단일 이벤트 없이는 더 이상 변환이 발생할 수 없습니다.
영구 운동 기계?
지구상에서 "영구 운동 기계"(예: 동일한 타이밍으로 스윙하고 감속하지 않고 스윕하는 진자)는 공기 저항과 관련 에너지 손실로 인해 불가능합니다. 기즈모를 계속 유지하려면 어느 시점에서 외부 작업을 입력해야하므로 목적을 달성 할 수 없습니다.