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!

po-kakoj-prichine-u-travy-zelenyj-tsvet
Нет ничего приятней в один из теплых летних дней вкушая...ДАЛЕЕ .....867
tsarstvovanie-v-rossii-ivana-iv-groznogo
Когда умер отец Ивана Грозного, Василий Третий, мальчику было...ДАЛЕЕ .....1159
koptskoe-iskusstvo
Коптское искусство – это искусство египтян 4-9 веков...ДАЛЕЕ .....624
knyaz-vsevolod
Годы правления 1078-1093     Князь...ДАЛЕЕ .....1050
svojstva-poluprovodnikov
Важнейшие свойства полупроводниковых материалов зависят от...ДАЛЕЕ .....376
Август III Саксонец, прозванный Толстым, не снискал симпатий...ДАЛЕЕ .....954
issledovaniya-mikromira
Для изучения свойств субатомных частиц были разработаны новые...ДАЛЕЕ .....268
torgovlya-i-kolonii-drevnej-gretsii
Греки-колонисты, разместившиеся далеко от родины, сохраняли...ДАЛЕЕ .....1217
oblast-issledovaniya-i-ob-ekt-geograficheskoj-nauki
Имеется группа теоретиков, которая, по видимому, считала...ДАЛЕЕ .....476
super-invalidnye-kolyaski-kolyaski-blizhajshego-budushchego
  "Отвези меня к дивану " – говорит человек...ДАЛЕЕ .....876
voprosy-kultury-rechi
Элементами динамизма  характеризуется известное...ДАЛЕЕ .....629
po-kakoj-prichine-lastochki-pered-dozhdem-letayut-nad-zemlej
 Ласточки очень красивая птица, порождаемая у людей самые...ДАЛЕЕ .....1042
axbo-umnyj-budilnik
Право, техника все больше "въедается" в нашу жизнь....ДАЛЕЕ .....546
kompressory
Классифицируют компрессоры, в основном согласно их рабочему...ДАЛЕЕ .....345
diagramma-gertsshprunga-ressela-rozhdenie-zvezd
Удобным способом классификация звезд является диаграмма...ДАЛЕЕ .....688
chto-takoe-bioenergetika-i-atf
Какое вещество поддерживает биоэнергетику человека. Машины,...ДАЛЕЕ .....1216
slova-parazity
Казалось бы, совсем недавно ваш малыш был совсем крошкой. А...ДАЛЕЕ .....553
natsionalnyj-park-stolovaya-gora
В конце 2011 года по результатам общемирового электронного...ДАЛЕЕ .....814
skolko-nog-u-sorokonozhki
Сороконожка шагает по дорожке.  У сороконожки на...ДАЛЕЕ .....1731
osnovnye-biologicheskie-ponyatiya
Биология изучает различные формы живых организмов, их...ДАЛЕЕ .....389
zametki-iz-biografii-karla-yunga
- Вы были пьяны и ножом убили человека. - О Боже,...ДАЛЕЕ .....1255
mikhail-paleolog
В результате IV Крестового похода территория Византии была...ДАЛЕЕ .....965
intuitsiya-nashe-shestoe-chuvstvo
Мы живем в мире, полном различными суевериями,...ДАЛЕЕ .....390
norma-rechevoj-deyatelnosti
На уровне речевой деятельности, или на уровне нормы, можно...ДАЛЕЕ .....745
osobennosti-akusticheskikh-gologramm
Очень близки к микроволновым голограммам когерентных радаров...ДАЛЕЕ .....137
kto-luchshe-orientiruetsya-zhenshchiny-ili-muzhchiny
А вы знаете, почему мужчины никогда не...ДАЛЕЕ .....858
nekotorye-svedeniya-o-yadernykh-reaktsiyakh
Некоторые данные о ядерных превращениях были получены в...ДАЛЕЕ .....138
tekhnika-eksperimentalnykh-issledovanij
Методика исследований строения и функции нервной системы...ДАЛЕЕ .....348
Что мы понимаем полсловом...ДАЛЕЕ .....825