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-antarktika-kontinent-s-samym-kholodnym-klimatom
Места с самой низкой температурой на нашей планете - это не что...ДАЛЕЕ .....1080
niobij-opisanie-i-primenenie
Ниобий чрезвычайно тугоплавкий металл, плавится при температуре...ДАЛЕЕ .....348
dublirovanie-dvukhstvolnaya-bombarda-i-drugoe
Дублирование во время войны и в мирное...ДАЛЕЕ .....964
internet
Интернет в наше время используют много людей, для работы на...ДАЛЕЕ .....556
atomy-i-elementy
Атомы и элементы - одни из основных понятий, которые...ДАЛЕЕ .....1349
poleznoe-iskopaemoe-torf-i-ego-svojstva
Частицы торфа изначально имеют плотность намного меньшую, чем...ДАЛЕЕ .....836
wheelsurf-serijnyj-odnokolesnyj-monotsikl
Тема моноциклов оказалась очень распространенной. Несмотря на...ДАЛЕЕ .....513
razgadana-istoriya-poyavleniya-immunnoj-zashchity
История имунитета   Изучение взаимодействий...ДАЛЕЕ .....780
kislomolochnye-produkty
  Насколько изменилась наша жизнь с приходом...ДАЛЕЕ .....527
chto-takoe-feminizm-kogda-i-gde-eto-poyavilos
Понятие "феминизм" слышали все. Это слово в наше...ДАЛЕЕ .....1969
otchego-sharovaya-molniya-imeet-sfericheskuyu-formu
Природа хранит еще много тайн и загадок. Шаровая молния является...ДАЛЕЕ .....1141
traktor-na-vodorode
Прототипные экземпляры тракторов на водородном топливе...ДАЛЕЕ .....527
yadernyj-sintez-zvezd-nejtronnye-i-pulsiruyushchie-zvezdy
Вспышки сверхновых звезд являются одним из основных этапов в...ДАЛЕЕ .....912
konki-s-dvumya-lezviyami
Один из любимых рождественских подарков — коньки....ДАЛЕЕ .....1327
samye-dorogie-v-mire-brillianty
БриллиантБриллиант – это алмаз, которому в процессе огранки...ДАЛЕЕ .....920
kak-razmnozhayutsya-slepni
Размножение слепней   Размножение слепней...ДАЛЕЕ .....1746
funktsionalnye-adaptatsii-v-krovenosnoj-sisteme-pozvonochnykh
У всех позвоночных (за некоторым исключением) кровь заключена...ДАЛЕЕ .....498
knyaz-vladimir-monomakh
Годы правления 1113-1125   Владимир Мономах...ДАЛЕЕ .....1605
media
Быстрое прикрепление контента Возможности работы с...ДАЛЕЕ .....595
sposobno-li-chelovecheskoe-telo-ostavatsya-netlennym
Нетленные тела – явление столь уникальное, что в истории...ДАЛЕЕ .....926
tsar-boris-godunov
Годы правления 1598-1604    Борис Годунов...ДАЛЕЕ .....1049
profil-vkontakte
Вконтакте, секреты, полезные функции, оформление...ДАЛЕЕ .....692
tsar-aleksej-mikhajlovich
Годы правления 1645-1676   Царь Алексей...ДАЛЕЕ .....821
ochki-elektronnye-empower
  Очки emPower! могут автоматическом режиме или по команде...ДАЛЕЕ .....605
silur-tretij-period-paleozoya-ekspansiya-zhizni
Силур - третий период палеозоя - начался около 440 млн лет...ДАЛЕЕ .....941
zagadochnye-alpy-v-andakh-nemetskaya-koloniya-tovar
Факты о местечке Товар В далеком 1843 году четыре сотни...ДАЛЕЕ .....942
sverkhzvukovye-samoljoty
Современную авиацию трудно представить без сверхзвуковых...ДАЛЕЕ .....892
znamenitye-sobaki
Домашние собаки, по мнению учёных, произошли от волка. Они...ДАЛЕЕ .....992