Будући да је физика проучавање протока материје и енергије,закон очувања енергијеје кључна идеја за објашњавање свега што физичар проучава и начин на који он или она то проучава.
Физика није у памћењу јединица или једначина, већ у оквиру који управља како се понашају све честице, чак иако сличности нису видљиве на први поглед.
Први закон термодинамикеје поновни приказ овог закона о очувању енергије у погледу топлотне енергије:унутрашња енергијасистема мора бити једнак укупном укупном раду на систему, плус или минус топлоте која тече у систем или из њега.
Још један добро познат принцип очувања у физици је закон очувања масе; као што ћете открити, ова два закона очувања - а овде ћете се упознати и са још два - блискији су односи него што то изгледа наоко (или мозгу).
Њутнови закони покрета
Свако проучавање универзалних физичких принципа требало би да буде поткрепљено прегледом три основна закона кретања, које је обликовао Исак Њутн пре стотина година. Су:
- Први закон кретања (закон инерције):Објекат са константном брзином (или у стању мировања, где је в = 0) остаје у овом стању, осим ако неуравнотежена спољна сила делује да га поремети.
- Други закон кретања:Нето сила (Фнето) делује на убрзавање објеката са масом (м). Убрзање (а) је брзина промене брзине (в).
- Трећи закон кретања:За сваку силу у природи постоји сила једнака по величини и супротна по правцу.
Очуване величине у физици
Закони очувања у физици важе за математичко савршенство само у истински изолованим системима. У свакодневном животу такви сценарији су ретки. Четири сачуване количине сумиса, енергије, замахимомент импулса. Последња три спадају у делокруг механике.
Мисаје само количина материје нечега, а када се помножи са локалним убрзањем услед гравитације, резултат је тежина. Маса се не може уништити или створити од нуле као што то може енергија.
Моментумумножак масе објекта и његове брзине (м ·в). У систему од две или више сударајућих честица, укупни замах система (збир појединачног моменти предмета) никада се не мењају све док не постоје губици трења или интеракције са спољним тела.
Момент импулса (Л) је само замах око осе ротирајућег објекта и једнак је м ·в · р, где је р растојање од објекта до осе ротације.
Енергијапојављује се у многим облицима, неки кориснији од других. Топлота, у облику у којем је крајње суђено да постоји сва енергија, најмање је корисна у смислу њеног корисног рада и обично је производ.
Закон о очувању енергије може се написати:
КЕ + ПЕ + ИЕ = Е.
где је КЕ =кинетичке енергије= (1/2) мв2, ПЕ =потенцијална енергија(једнако мгх када је гравитација једина сила која делује, али се види у другим облицима), ИЕ = унутрашња енергија, а Е = укупна енергија = константа.
- Изоловани системи могу имати механичку енергију претворену у топлотну у њиховим границама; можете да дефинишете „систем“ као било коју поставку коју одаберете, све док можете бити сигурни у његове физичке карактеристике. Ово не крши закон о очувању енергије.
Енергетске трансформације и облици енергије
Сва енергија у свемиру произашла је из Великог праска и та укупна количина енергије се не може променити. Уместо тога, непрестано посматрамо облике који се мењају, од кинетичке енергије (енергије кретања) до топлотне енергије, од хемијске енергије до електричне енергије, од гравитационе потенцијалне енергије до механичке енергије и тако даље.
Примери преноса енергије
Топлота је посебна врста енергије (топлотна енергија) у томе што је, као што је напоменуто, мање корисно за људе од других облика.
То значи да се једном део енергије система трансформише у топлоту, не може се тако лако вратити у кориснији облик без уноса додатног рада који захтева додатну енергију.
Сурова количина зрачеће енергије коју сунце избацује сваке секунде и никада је ни на који начин не може повратити или поново употребити трајни доказ ове стварности, која се непрестано одвија по целој галаксији и свемиру као целина. Део ове енергије се „хвата“ у биолошким процесима на Земљи, укључујући фотосинтезу у биљке, које саме производе храну, као и храну (енергију) за животиње и бактерије, и ускоро.
Такође га могу ухватити производи људског инжењерства, попут соларних ћелија.
Праћење уштеде енергије
Студенти физике у средњим школама обично користе тортне дијаграме или тракасте графиконе да би приказали укупну енергију система који се проучава и да би пратили његове промене.
Пошто се укупна количина енергије у пити (или збир висина шипки) не може променити, разлика у кришке или категорије полуга показују колико укупне енергије у било којој тачки чини један или други облик енергије.
У сценарију, различите табеле могу бити приказане на различитим тачкама за праћење ових промена. На пример, имајте на уму да се количина топлотне енергије готово увек повећава, што у већини случајева представља отпад.
На пример, ако лопту баците под углом од 45 степени, у почетку је сва њена енергија кинетичка (јер је х = 0), и тада је у тачки у којој лопта достиже највишу тачку њена потенцијална енергија као удео у укупној енергији највиши.
И како расте и како касније пада, део његове енергије се трансформише у топлоту као резултат сила трења од ваздуха, тако да КЕ + ПЕ током овог сценарија не остаје константан, већ се смањује док укупна енергија Е и даље остаје константна.
(Убаците неке примере дијаграма са тортним / тракасти графиконима који прате промене енергије
Пример кинематике: Слободни пад
Ако куглу за куглање од 1,5 кг држите на крову 100 м (око 30 спратова) изнад земље, можете израчунати њену потенцијалну енергију с обзиром на то да вредностг = 9,8 м / с2и ПЕ = мгх:
(1,5 \ текст {кг}) (100 \ текст {м}) (9,8 \ текст {м / с} ^ 2) = 1,470 \ текст {Јоулес (Ј)}
Ако пустите лопту, њена нулта кинетичка енергија се повећава све брже како лопта пада и убрзава. У тренутку када дође до тла, КЕ мора бити једнак вредности ПЕ на почетку проблема, односно 1.470 Ј. У овом тренутку,
КЕ = 1470 = \ фрац {1} {2} мв ^ 2 = \ фрац {1} {2} (1.5) в ^ 2
Под претпоставком да нема губитка енергије услед трења, очување механичке енергије омогућава вам израчунавањев, што се испоставља44,3 м / с.
Шта је са Ајнштајном?
Студенте физике можда би збунили познатимаса-енергија једначина (Е = мц2), питајући се да ли пркоси законуочување енергије(иликонзервација масе), јер подразумева да се маса може претворити у енергију и обрнуто.
У ствари не крши ниједан закон јер показује да су маса и енергија заправо различити облици исте ствари. То је некако попут мерења у различитим јединицама с обзиром на различите захтеве класичне и квантне механичке ситуације.
У топлотној смрти свемира, према трећем закону термодинамике, сва материја ће бити претворена у топлотну енергију. Једном када се ова конверзија енергије заврши, не може се догодити више трансформација, бар не без још једног хипотетичног појединачног догађаја као што је Велики прасак.
Перпетуал Мотион Мацхине?
„Перпетуал мотион мацхине“ (нпр. Клатно које се њише са истим временом и замахом, а да никада не успори) на Земљи је немогуће због отпора ваздуха и повезаних губитака енергије. Да би се гизмо одржао, у неком тренутку био би потребан спољни рад, чиме би се поразила сврха.