Быстрый поиск

Закон сохранения энергии

Другое свойство сил, рассматриваемых в классической механике, связано с еще более знаменитым законом — законом сохранения энергии. Одна часть последней, кинетическая энергия, в ньютоновой физике определяется только массой и скоростью частицы и не зависит от направления ее движения. Кинетическая энергия пропорциональна произведению массы на квадрат скорости, т. е. при увеличении скорости вдвое кинетическая энергия возрастает в четыре раза. В отличие от импульса, составляющая которого вдоль некоторой оси (в зависимости от направления движения) может быть отрицательной, кинетическая энергия никогда не принимает отрицательных значений. Полная кинетическая энергия системы частиц равна сумме кинетических энергий отдельных частиц.

Если на частицы действуют только те силы, которые возникают при их столкновениях, и если частицы полностью лишены внутренней структуры (т. е. их внутренняя энергия не меняется и они не распадаются при столкновениях), то полная кинетическая энергия системы частиц остается постоянной — в том смысле, что она имеет одну и ту же величину до и после столкновения, хотя энергия каждой отдельной частицы может измениться. Так формулируется закон сохранения энергии в его простейшем виде. Если же частицы действуют друг на друга на расстоянии, например между ними имеет место гравитационное взаимодействие, то полная кинетическая энергия системы не сохраняется, она изменяется при изменении расстояния между частицами. Однако в таком случае сохраняется сумма полной кинетической энергии и энергии, зависящей от взаимного расположения частиц, — потенциальной энергии. Дело в том, что в результате взаимодействия частиц кинетическая энергия каждой из них изменяется. Суммарный итог этих изменений — изменение полной кинетической энергии — удается отразить в понятии потенциальной энергии.

Пожалуй, наиболее известным примером потенциальной энергии может служить потенциальная энергия тела в гравитационном поле Земли. Здесь Землю и находящийся вблизи нее объект (например, падающее яблоко) можно рассматривать как две ньютоновы частицы. Опыт показывает, что скорость яблока, а стало быть, и его кинетическая энергия возрастают по мере приближения яблока к Земле. Кинетическая энергия Земли при этом также изменяется, однако это изменение столь ничтожно, что им можно пренебречь. Таким образом, по мере того как яблоко падает, полная кинетическая энергия двух тел возрастает. Это означает, что потенциальная энергия системы должна уменьшаться. Экспериментально установлено, что при падении тела в вакууме увеличение его кинетической энергии зависит только от высоты падения (разности высот начального и конечного положений тела). Отсюда следует, что потенциальная энергия тела тоже зависит только от высоты. В этом нетрудно убедиться, бросая яблоко вверх или вниз с различными начальными скоростями.

 

Хотя в каждом случае скорость яблока на любом данном расстоянии от поверхности Земли может быть различной, разница между значениями кинетической энергии яблока на двух произвольно выбранных высотах всегда постоянна и не зависит от начальной скорости (при условии, что сопротивлением воздуха можно пренебречь). Вообще говоря, потенциальная энергия определяется взаимным расположением всех взаимодействующих объектов и связана простым образом с величиной сил, с которыми эти объекты действуют друг на друга. Итак, закон сохранения энергии для системы тел утверждает, что, хотя кинетическая и потенциальная энергии системы тел по отдельности могут изменяться, эти изменения взаимно компенсируются, так что суммарная энергия системы остается неизменной. Этот закон можно понимать и по-другому: изменение полной кинетической энергии частиц может быть обусловлено только изменением расстояния между ними. По существу, эти две формулировки отражают один и тот же факт. Однако физики предпочитают первый вариант, поскольку в нем подчеркивается сохранение некоторой величины.

Рекомендуем почитать!

dublirovanie-khranilishcha-dlya-avto
Во всем мире существует проблема нехватки гаражей....ДАЛЕЕ .....848
chuvstvuyut-li-zhivotnye-priblizhenie-apokalipsisa
Животные очень чувствительно относятся ко всем переменам,...ДАЛЕЕ .....1061
klady-i-vse-chto-s-nimi-svyazano
Вспомним книгу нашего детства – «Приключения Тома...ДАЛЕЕ .....587
derevyannogo-zodchestva
  Крестьянская изба     Бревенчатая изба –...ДАЛЕЕ .....482
sovetskij-uchenyj-rasshifrovavshij-yazyk-majya-yurij-valentinovich-knorozov
Кнорозов и его апокалипсис. Кто смотрел фильм...ДАЛЕЕ .....2389
natsionalnyj-park-komodo
Индонезийский архипелаг поражает своей уникальной природой....ДАЛЕЕ .....899
yadovitaya-gadyuka-kto-ona
Познавательная статья о гадюке.   Гадюка – это...ДАЛЕЕ .....868
dom-na-vode-a-sejchas-i-v-germanii
Плавучая улица в Германии Гамбургские плавучие...ДАЛЕЕ .....894
bolezn-malyariya
Малярия — широко распространенная и одна из тяжелых болезней...ДАЛЕЕ .....965
chto-takoe-svyataya-inkvizitsiya-i-kogda-eto-bylo
Святая инквизиция Инквизиция была создана католической...ДАЛЕЕ .....1082
greet-li-shuba
Все привыкли считать, что самой теплой верхней одеждой...ДАЛЕЕ .....2091
kharakteristika-krakhmala
Крахмал — типичный пример полисахарида, выступающего в...ДАЛЕЕ .....536
wheelsurf-serijnyj-odnokolesnyj-monotsikl
Тема моноциклов оказалась очень распространенной. Несмотря на...ДАЛЕЕ .....462
sistema-samonavedeniya
Из систем самонаведения наиболее широкое распространение...ДАЛЕЕ .....932
gribok-unichtozhaet-staroe-kino
Мировому культурному наследию несет угрозу грибок –...ДАЛЕЕ .....738
etruski
Этруски поселились на западе центральной Италии...ДАЛЕЕ .....674
chto-takoe-fobiya
Все о фобиях: предпосылки и как...ДАЛЕЕ .....946
vestibulyarnyj-apparat
Как известно, некоторые люди страдают от расстройства функции...ДАЛЕЕ .....504
o-dostizheniyakh-leonardo-da-vinchi
Леонардо да Винчи был живописцем, скульптором, инженером,...ДАЛЕЕ .....913
zagadki-krita
Культ обожествления быка древних критян позволяет...ДАЛЕЕ .....434
usovershenstvovanie-opticheskikh-kommunikatsij
Специальные чипы, расположенные на двух концах...ДАЛЕЕ .....689
gora-dzhomolungma
Гора Джомолунгма, известная по географическим картам как...ДАЛЕЕ .....1339
В технике давно оправдал себя метод дублирования некоторых...ДАЛЕЕ .....801
В 1826 году австрийский изобретатель Йозеф Рессель проводил в...ДАЛЕЕ .....852
nekotorye-opredeleniya-kvantovoj-mekhaniki
Ключ к пониманию того, почему энергетические уровни атома...ДАЛЕЕ .....260
iz-chego-delayut-krabovye-palochki
Мало какой праздник обходится без крабового салата и без...ДАЛЕЕ .....1010
radar
О радарах   Радар (радиолокационное устройство)...ДАЛЕЕ .....979
chem-boleyut-nashi-doma-i-pochemu-plastikovye-okna-privodyat-k-allergii
Однако сегодня под угрозой поражения плесенью помимо людей и...ДАЛЕЕ .....734
lemuriya-kolybel-tsivilizatsij
Многие люди, наверное не раз слышали об очень древней и...ДАЛЕЕ .....750