Енергия, като цяло
СЪДЪРЖАНИЕ1.4. Пестене на енергия (г. енергията, като цяло)
Например въртящата се монета на фигура s постепенно губи своята кинетична енергия и може да мислим, че запазването на енергията е нарушено. Но когато има триене между две повърхности, то произвежда топлина. Така че кинетичната енергия на монетата постепенно се превръща в топлина.
s/Валута, която се върти, но след това се забавя. Може да си мислите, че спестяването на енергия е нарушено, но не е така.
Един от начините да накараме множеството форми на енергия да изглеждат по-малко плашещи е да разберем, че много форми на енергия, които на пръв поглед изглеждат различни, всъщност са едни и същи.
Важен пример е жегата, което всъщност е кинетичната енергия на молекулите при произволно движение. Така че, въпреки че си мислех, че има две форми на енергия, всъщност има само една.
звук това е и форма на кинетична енергия: тя представлява вибрацията на въздушните молекули.
Този тип сливане на различни видове енергия е процес, който продължава дълго време във физиката и на този етап стигнахме до точката, в която изглежда, че има само четири форми на енергия:
1. кинетична енергия
2. потенциална енергия
3. електричество
4. ядрена енергия
Дори не се натъкваме на ядрена енергия в ежедневието (с изключение на това, че слънчевата светлина първоначално е ядрена енергия), така че можем да считаме, че списъкът съдържа само три елемента. От тези три електричеството е единственото, което все още не сме обсъждали. Взаимодействията между атомите обикновено са електрически, така че тази форма на енергия е отговорна за химията. Енергията в храната, която ядете, или в кутията с бензин е форма на електричество.
Фигурата по-долу илюстрира две рампи, по които ще се търкалят две топки. Сравнете крайните им скорости, когато достигнат точка Б. Помислете за незначително триене.
т/пример 6
Всяка топка губи една и съща потенциална енергия поради намаленото разстояние от Земята и запазването на енергията казва, че трябва да получи равно количество кинетична енергия (минус малко топлина, причинена от триене). Топките падат от една и съща височина, така че крайните им скорости трябва да са равни.
Пример 7: Как са се появили звездите
u/Съзвездие Орион
Пример 8: Вдигане на тежест
Във фитнеса вдигнете маса от 40 кг на височина 0,5 м. Колко потенциална енергия е необходима? Откъде идва тази енергия?
Силата на гравитационното ускорение е 10 джаула на метър, така че след като вдигнете тежестта, потенциалната му енергия ще бъде с 10 х 40 х 0,5 = 200 джаула по-висока.
Енергията се запазва, така че ако теглото получи гравитационна енергия, нещо друго във Вселената губи. Консумираната енергия е тази на тялото ви, която идва от храната, която сте яли. Ние го наричаме "изгаряне на калории", като се има предвид, че като цяло енергията, съдържаща се в храната, се изразява в калории, а не в джаули.
Всъщност тялото ви консумира повече от 200 J енергия от храната, защото не е много ефективно. Останалата част от енергията се превръща в топлина, поради което ще ви е необходим душ след тренировка. Можем да обобщим това чрез
хранителна енергия -> потенциална енергия + топлина
Пример 9: Намаляване на тежестта
След като вдигнем тежест, трябва да го свалим. Какво се случва енергийно? Вашето тяло не може да приема енергия и да я възстановява. Потенциалната енергия се трансформира изцяло в топлина. (В законите на физиката няма нищо фундаментално, което да предотврати това. Електрическите автомобили могат да направят това - когато спрете на спирка, кинетичната енергия на автомобила се абсорбира от батерията чрез генератор.)
Пример 10: Поглъщане и излъчване на светлина
Светлината има енергия. Светлината може да се абсорбира от материята и да се трансформира в топлина, но е възможен и обратният процес: обектът може да излъчва светлина, превръщайки част от топлината си в светлина. Ще бъдат видими много горещи предмети, като пламък на свещ или заваръчна горелка, както е показано на фигура v.
v/заваряване
Обектите при по-ниски температури също ще излъчват светлина, но в инфрачервената част на спектъра, т.е. онази част от дъгата, която е с червен цвят, незабележима за хората. Снимките на фигура w са заснети с инфрачервена камера. Велосипедистът изведнъж натисна задната спирачка и спря, като се плъзна. Кинетичната енергия на велосипеда и неговото тяло бързо се трансформира в топлина чрез триене между колелото и земята. В първата част можете да видите светлината на нагрятата част от земята, а във втората - тази на колелото.
w/пример 10
Пример 11: По-тежките предмети не падат по-бързо от по-леките
Станете, свалете обувка и я пуснете до много по-малко масивен предмет, като монета или капачка на писалката.
Изненадан ли си? Установили сте, че и двамата докосват земята едновременно. Аристотел пише, че по-тежките предмети падат по-бързо от по-леките. Той сгреши, но европейците му вярваха в продължение на хиляди години, отчасти защото експериментите не бяха приет метод за определяне и отчасти защото католическата църква го бе определила за свой официален философ.
Тежките предмети и леките обекти падат по същия начин, защото законите за запазване са адитивни - ние откриваме общата енергия на даден обект, като сумираме енергиите на всичките му атоми. Ако един атом падне от височина един метър, той губи определено количество потенциална енергия и получава съответното количество кинетична енергия. Кинетичната енергия зависи от скоростта, така че определя колко бързо ще се движи обектът в края на падането от 1 метър. (Същите разсъждения могат да бъдат приложени към всяка точка между 0 метра и една).
Ами ако залепим два атома заедно? Двойката има двойна маса, така че количеството потенциална енергия, която се превръща в кинетична енергия, е двойно. Но двойната кинетична енергия е точно това, от което се нуждаем, за да имат двойката атоми същата скорост, която е имал единичният атом. Продължавайки тези разсъждения, няма значение колко атома ще има даден обект; той ще има същата скорост като всеки друг обект, ако сте паднали от същата височина.