Универсалният закон за запазване на енергията. Законът за запазване на енергията е в основата на основите

Раздел OGE по физика: 1.18. Механична енергия. Законът за запазване на механичната енергия. Формула за закона за запазване на механичната енергия при липса на сили на триене. Преобразуването на механична енергия в присъствието на сила на триене.

1. Енергия на тялото- физическа величина, показваща работата, която разглежданото тяло може да извърши (за всяка, включително неограничено време за наблюдение). Тяло, извършващо положителна работа, губи част от енергията си. Ако се положи положителна работа върху тялото, енергията на тялото се увеличава. За отрицателната работа е точно обратното.

Енергията е физическа величина, която характеризира способността на дадено тяло или система от взаимодействащи тела да вършат работа.
Енергийна единица в SI 1 джаул(J).

2. Кинетична енергия енергията на движещите се тела се нарича. Под движението на тялото трябва да се разбира не само движението в пространството, но и въртенето на тялото. Кинетичната енергия е колкото по-голяма, толкова по-голяма е масата на тялото и скоростта на неговото движение (движение в пространството и / или въртене). Кинетичната енергия зависи от тялото, спрямо което се измерва скоростта на въпросното тяло.

Кинетична енергия E дотелесно тегло мдвижещи се със скорост v, се определя по формулата E k = mv 2/2

3. Потенциална енергия наречена енергия на взаимодействащи тела или части от тялото. Разграничаване на потенциалната енергия на телата под влияние на гравитацията, еластична сила, Архимедова сила. Всяка потенциална енергия зависи от силата на взаимодействие и разстоянието между взаимодействащите тела (или части от тялото). Потенциалната енергия се измерва от условното нулево ниво.

Потенциалната енергия се притежава например от товар, издигнат над повърхността на Земята и компресирана пружина.
Потенциална енергия на повдигнатия товар E n = mgh .
Кинетичната енергия може да се преобразува в потенциална енергия и обратно.

4. Механична енергия тела се наричат сумата от нейната кинетична и потенциална енергия ... Следователно механичната енергия на всяко тяло зависи от избора на тялото, по отношение на което се измерва скоростта на въпросното тяло, както и от избора на условни нулеви нива за всички разновидности на потенциалните енергии на тялото.

Механичната енергия характеризира способността на тяло или система от тела да извършват работа поради промяна в скоростта на тялото или относителното положение на взаимодействащите тела.

5. Вътрешна енергия се нарича такава енергия на тялото, поради което може да се извършва механична работа, без да се предизвиква намаляване на механичната енергия на това тяло. Вътрешната енергия не зависи от механичната енергия на тялото и зависи от структурата на тялото и неговото състояние.

6. Законът за запазване и преобразуване на енергията казва, че енергията не възниква от никъде и не изчезва никъде; той преминава само от един вид на друг или от едно тяло на друго.

Закон за запазване на механичната енергия: ако между телата на системата действат само гравитационни и еластични сили, тогава сумата на кинетичната и потенциалната енергия остава непроменена, т.е. механичната енергия се запазва.

маса Механична енергия. Закон за енергоспестяване ".

7. Промяна в механичната енергияна система от тела в общия случай е равна на сумата от работата на тела, външни за системата и работата на вътрешни сили на триене и съпротивление: ΔW = A външно + A разсейване

Ако системата на тялото затворен (A външен = 0), след това ΔW = A разсейване, т.е. общата механична енергия на системата от тела се променя само поради работата на вътрешните дисипативни сили на системата (сили на триене).

Ако системата на тялото консервативен (т.е. няма сили на триене и съпротивление A tr = 0), тогава ΔW = A външно, тоест общата механична енергия на системата от тела се променя само поради работата на сили, външни за системата.

8. Законът за запазване на механичната енергия: В затворена и консервативна система от тела се запазва общата механична енергия: ΔW = 0 или W p1 + W k1 = W p2 + W k2. Ние прилагаме законите за запазване на импулса и енергията към основните модели на телесни сблъсъци .

Абсолютно нееластичен удар(удар, при който телата се движат заедно след сблъсък, със същата скорост). Инерцията на системата от тела се запазва, но общата механична енергия не се запазва:

Абсолютно устойчиво въздействие(удар, който запазва механичната енергия на системата). Инерцията на системата от тела и общата механична енергия се запазват:

Призовава се удар, при който телата преди сблъсъка се движат по права линия, преминаваща през центровете им на маса централен удар .

Схема Напреднало ниво«

Обобщение на урока по физика „Механична енергия. Закон за енергоспестяване ".Изберете допълнителни действия:

Този видео урок е предназначен за независимо запознаване с темата "Законът за запазване на механичната енергия". Първо, даваме определението за обща енергия и затворена система. След това ще формулираме Закона за запазване на механичната енергия и ще разгледаме в кои области на физиката той може да бъде приложен. Също така ще дадем дефиниция на работата и ще се научим как да я дефинираме, като разгледаме формулите, свързани с нея.

Темата на урока е един от основните закони на природата - закон за запазване на механичната енергия.

По-рано говорихме за потенциална и кинетична енергия, както и за факта, че тялото може да има както потенциална, така и кинетична енергия заедно. Преди да говорим за закона за запазване на механичната енергия, нека си спомним какво представлява общата енергия. Пълна механична енергиянаречен сбор от потенциалната и кинетичната енергия на тялото.

Нека си припомним и това, което се нарича затворена система. Затворена система- това е такава система, при която има строго определен брой взаимодействащи тела и никакви други тела отвън не действат върху тази система.

Когато сме решили концепцията за обща енергия и затворена система, можем да говорим за закона за запазване на механичната енергия. Така, общата механична енергия в затворена система от тела, взаимодействащи помежду си посредством гравитационни сили или еластични сили (консервативни сили), остава непроменена за всяко движение на тези тела.

Вече сме изучавали Закона за запазване на инерцията (MMP):

Често се случва поставените задачи да се решават само с помощта на законите за запазване на енергията и инерцията.

Удобно е да се разгледа запазването на енергията на примера за свободно падане на тяло от определена височина. Ако тялото е в покой на определена височина спрямо земята, тогава това тяло има потенциална енергия. Веднага след като тялото започне да се движи, височината на тялото намалява и потенциалната енергия намалява. В същото време скоростта започва да се увеличава, появява се кинетична енергия. Когато тялото се приближи до земята, височината на тялото е равна на 0, потенциалната енергия също е равна на 0 и максималната кинетична енергия на тялото ще бъде. Тук се вижда превръщането на потенциалната енергия в кинетична енергия (фиг. 1). Същото може да се каже и за движението на тялото назад, отдолу нагоре, когато тялото е хвърлено вертикално нагоре.

Ориз. 1. Свободно падане на тялото от определена височина

Допълнителна задача 1. "При падане на тяло от определена височина"

Задача 1

Състояние

Тялото е на височина от повърхността на Земята и започва да пада свободно. Определете скоростта на тялото в момента на контакт с земята.

Решение 1:

Първоначална скорост на тялото. Трябва да се намери.

Помислете за закона за запазване на енергията.

Ориз. 2. Движение на тялото (задача 1)

В горната част тялото има само потенциална енергия: . Когато тялото се приближи до земята, височината на тялото над земята ще бъде равна на 0, което означава, че потенциалната енергия на тялото е изчезнала, тя се е превърнала в кинетична енергия:

Според закона за запазване на енергията можем да напишем:

Намалява телесното тегло. Преобразувайки горното уравнение, получаваме :.

Крайният отговор ще бъде :. Ако заместим цялата стойност, получаваме: .

Отговор: .

Пример за решение на проблема:

Ориз. 3. Пример за регистрация на решението на задача No1

Този проблем може да бъде решен по още един начин, като вертикално движение с ускоряване на гравитацията.

Решение 2 :

Нека напишем уравнението на движението на тялото в проекция върху оста:

Когато тялото се приближи до повърхността на Земята, неговата координата ще бъде равна на 0:

Ускорението на гравитацията се предшества от знак "-", защото е насочено срещу избраната ос.

Замествайки известните стойности, откриваме, че тялото е паднало с течение на времето. Сега нека напишем уравнението за скоростта:

Ако приемем, че гравитационното ускорение е равно, получаваме:

Знакът минус означава, че тялото се движи срещу посоката на избраната ос.

Отговор: .

Пример за формализиране на решението на задача No 1 по втория начин.

Ориз. 4. Пример за регистрация на решението на задача номер 1 (метод 2)

Също така, за да разрешите този проблем, можете да използвате формула, която не зависи от времето:

Разбира се, трябва да се отбележи, че разгледахме този пример, като взехме предвид липсата на сили на триене, които в действителност действат във всяка система. Нека се обърнем към формулите и да видим как е написан законът за запазване на механичната енергия:

Допълнителна задача 2

Тялото пада свободно от височина. Определете на каква височина кинетичната енергия е равна на една трета от потенциала ().

Ориз. 5. Илюстрация за задача № 2

Решение:

Когато тялото е на височина, то има потенциална енергия и то само потенциална. Тази енергия се определя по формулата: . Това ще бъде общата енергия на тялото.

Когато тялото започне да се движи надолу, потенциалната енергия намалява, но в същото време кинетичната енергия се увеличава. На височината, която трябва да се определи, тялото вече ще има определена скорост V. За точката, съответстваща на височината h, кинетичната енергия има вид:

Потенциалната енергия на тази надморска височина ще бъде посочена, както следва: .

Съгласно закона за запазване на енергията, ние запазваме цялата енергия. Тази енергия остава постоянна. За точка можем да напишем следното съотношение: (съгласно Z.S.E.).

Като припомним, че кинетичната енергия е, според постановката на проблема, можем да напишем следното:

Моля, обърнете внимание: масата и ускорението на гравитацията се намаляват, след прости трансформации получаваме, че височината, на която е изпълнено това съотношение, е.

Отговор:

Пример за проектиране на задачи 2.

Ориз. 6. Регистрация на решението на задача No2

Представете си, че тяло в определена референтна система има кинетична и потенциална енергия. Ако системата е затворена, тогава при всяка промяна е настъпило преразпределение, трансформация на един вид енергия в друг, но общата енергия остава същата по стойност (Фиг. 7).

Ориз. 7. Законът за запазване на енергията

Представете си ситуация, при която автомобил се движи по хоризонтален път. Водачът изключва двигателя и продължава да шофира с изключен двигател. Какво се случва в този случай (фиг. 8)?

Ориз. 8. Движение на превозното средство

В този случай автомобилът има кинетична енергия. Но вие отлично знаете, че с времето колата ще спре. Къде отиде енергията в този случай? В крайна сметка потенциалната енергия на тялото в този случай също не се е променила, това е някаква постоянна стойност спрямо Земята. Как се получи енергийната промяна? В този случай енергията се използва за преодоляване на силите на триене. Ако в системата се появи триене, това също влияе върху енергията на тази система. Нека да видим как в този случай се записва промяната в енергията.

Енергията се променя и тази промяна на енергията се определя от работата срещу силата на триене. Можем да определим работата на силата на триене, използвайки формулата, която е известна от 7-ми клас (силата и изместването са противоположни):

И така, когато говорим за енергия и работа, трябва да разберем, че всеки път трябва да отчитаме факта, че част от енергията се изразходва за преодоляване на силите на триене. Работи се за преодоляване на силите на триене. Работата е величина, която характеризира изменението на енергията на тялото.

В заключение на урока бих искал да кажа, че работата и енергията са свързани по своята същност величини чрез действащи сили.

Допълнителна цел 3

Две тела - блок маса и пластилинова топка маса - се движат едно към друго със същите скорости (). След сблъсъка, пластилиновата топка, залепнала за бара, двете тела продължават да се движат заедно. Определете каква част от механичната енергия се е превърнала във вътрешната енергия на тези тела, като вземете предвид факта, че масата на пръта е 3 пъти по-голяма от масата на пластилиновата топка ().

Решение:

Може да се посочи промяната във вътрешната енергия. Както знаете, има няколко вида енергия. В допълнение към механичната енергия има и топлинна, вътрешна енергия.

Ч.2-3, §9-11

План за лекция

Работа и мощ

Закон за запазване на импулсите.

Енергия. Потенциални и кинетични енергии. Закон за запазване на енергията.

Работа и мощ

Когато тялото се движи под действието на определена сила, тогава действието на силата се характеризира с величина, наречена механична работа.

Механична работа- мярка за действието на силата, в резултат на което телата се движат.

Постоянна работа на сила.Ако тялото се движи праволинейно под действието на постоянна сила, която прави някакъв ъгъл  с посоката на изместване (Фиг. 1), работата е равна на произведението на тази сила от изместването на точката на прилагане на силата и от косинуса на ъгъла  между векторите и; или работата е равна на скаларното произведение на вектора на силата на вектора на изместване:

Работа с променлива сила.За да се намери работа с променлива сила, изминатият път е разделен на голям брой малки участъци, така че те могат да се считат за праволинейни, а силата, действаща във всяка точка на този участък, е постоянна.

Елементарната работа (т.е. работа върху елементарен участък) е равна и цялата работа с променлива сила по целия път S се намира чрез интегриране :.

Като пример за работата на променлива сила, разгледайте работата, извършена, когато пружината е деформирана (опъната), спазвайки закона на Хук.

Ако първоначалната деформация x 1 = 0, тогава.

Когато пружината е компресирана, се извършва същата работа.

G Рафично представяне на творбата (фиг. 3).

На графиките работата е числено равна на площта на сенчестите фигури.

За да се характеризира скоростта на работа, се въвежда понятието мощност.

Мощността на постоянна сила е числено равна на работата, извършена от тази сила за единица време.

1 W е мощността на силата, която извършва 1 J работа за 1 s.

В случай на променлива мощност (за малки равни периоди от време се извършва различна работа) се въвежда понятието за моментна мощност:

където
скоростта на точката на прилагане на силата.

Че. мощността е равна на скаларното произведение на сила и скорост точки от приложението му.

Защото

2. Законът за запазване на импулса.

Механичната система е съвкупност от тела, избрани за разглеждане. Телата, образуващи механична система, могат да взаимодействат както помежду си, така и с тела, които не принадлежат към тази система. В съответствие с това силите, действащи върху телата на системата, се подразделят на вътрешни и външни.

Вътрешенсе наричат силите, с които телата на системата взаимодействат помежду си

Външенсе наричат силите, причинени от действието на тела, които не принадлежат към тази система.

Затворено(или изолирана) е система от тела, върху които външните сили не действат.

За затворените системи три физически величини са непроменени (запазени): енергия, импулс и ъглов момент. В съответствие с това има три закона за запазване: енергия, импулс, ъглов импулс.

Помислете за система, състояща се от 3 тела, чиито импулси
и върху които действат външни сили (фиг. 4). Според закона на Нютон 3 вътрешните сили са двойно равни и противоположно насочени:

Вътрешни сили:

Нека запишем основното уравнение на динамиката за всяко от тези тела и добавим тези уравнения термин по член

За N тела:

Сумата от импулсите на телата, съставляващи механичната система, се нарича импулс на системата:

По този начин производната на времето на импулса на механична система е равна на геометричната сума на външните сили, действащи върху системата,

За затворена система
.

Закон за запазване на инерцията: импулсът на затворената система от материални точки остава постоянен.

Този закон предполага неизбежността на отката при стрелба от всяко оръжие. Куршум или снаряд в момента на изстрел получава импулс, насочен в една посока, а пушка или оръжие - импулс, насочен в обратната посока. За да се намали този ефект, се използват специални устройства против откат, при които кинетичната енергия на инструмента се преобразува в потенциална енергия на еластична деформация и във вътрешната енергия на устройството за откат.

Законът за запазване на импулса е в основата на движението на кораби (подводници) с помощта на гребни колела и витла и водни реактивни двигатели (помпата засмуква морска вода и я хвърля назад). В този случай определено количество вода се изхвърля обратно, като взема със себе си определен импулс и съдът получава същия импулс, насочен напред. Същият закон лежи в основата на реактивното задвижване.

Абсолютно нееластичен удар- сблъсък на две тела, в резултат на което телата се обединяват, придвижвайки се по-нататък като цяло. При такова въздействие механичната енергия частично или изцяло се пренася във вътрешната енергия на сблъскващите се тела, т.е. законът за запазване на енергията не е изпълнен, само законът за запазване на импулса е изпълнен.

Теорията за абсолютно еластичните и абсолютно нееластичните удари се използва в теоретичната механика за изчисляване на напрежения и деформации, причинени в телата от ударни сили. При решаването на много проблеми въздействието често се основава на резултатите от различни тестове на стендове, като ги анализира и обобщава. Теорията на удара се използва широко при изчисления на експлозивни процеси; той се използва във физиката на елементарните частици при изчисляване на сблъсъци на ядра, при улавяне на частици от ядра и в други процеси.

Голям принос за теорията на удара направи руският академик Й. Б. Зелдович, който, докато развиваше физическите основи на ракетната балистика през 30-те години, реши сложния проблем с въздействието на тяло, летящо с висока скорост над повърхността на средата.

Във всички явления, срещащи се в природата, енергията не възниква или изчезва. Той се трансформира само от един тип в друг, докато значението му се запазва.

Закон за запазване на енергията- основният природен закон, който се състои в това, че за изолирана физическа система може да се въведе скаларна физическа величина, която е функция на параметрите на системата и се нарича енергия, която се запазва във времето. Тъй като законът за запазване на енергията не се отнася до конкретни величини и явления, а отразява обща, приложима навсякъде и винаги, закономерност, той може да се нарече не закон, а принципът на запазване на енергията.

Закон за запазване на енергията

В електродинамиката законът за запазване на енергията е исторически формулиран под формата на теоремата на Поайтинг.

Промяната в електромагнитната енергия, съдържаща се в определен обем, за определен интервал от време е равна на потока на електромагнитната енергия през повърхността, която ограничава даден обем, и количеството топлинна енергия, отделено в даден обем, взето с обратното знак.

$ \ frac (d) (dt) \ int_ (V) \ omega_ (em) dV = - \ oint _ (\ частично V) \ vec (S) d \ vec (\ sigma) - \ int_V \ vec (j) \ cdot \ vec (E) dV $

Едно електромагнитно поле има енергия, която се разпределя в пространството, заето от полето. Когато характеристиките на полето се променят, разпределението на енергията също се променя. Тече от една област на пространството в друга, евентуално преминавайки в други форми. Закон за запазване на енергиятазащото електромагнитното поле е следствие от уравненията на полето.

Вътре в някаква затворена повърхност С,ограничаване на пространството Vзаети от полето съдържа енергия W- енергията на електромагнитното поле:

W =Σ(εε 0 E i 2/2 +μμ 0 H i 2/2)ΔV i.

Ако в този обем има токове, тогава електрическото поле извършва работа върху движещите се заряди за единица време, равно на

N =Σ ij̅ i × E̅ i. ΔV i.

Това е количеството полева енергия, което се трансформира в други форми. От уравненията на Максуел следва, че

ΔW + NΔt = -Δt∮ СS̅ × n̅. dA,

където ΔW- промяна в енергията на електромагнитното поле в разглеждания обем във времето Δt,и вектор С = E̅ × H̅Наречен Пойнтиращ вектор.

Това е закон за запазване на енергията в електродинамиката.

През малка площ от ΔAс единица нормален вектор нза единица време по посока на вектора ненергийни потоци С × н.ΔA,където С- смисъл Пойнт векторив рамките на сайта. Сумата от тези величини върху всички елементи на затворената повърхност (обозначена с интегрален знак) от дясната страна на равенството е енергията, изтичаща от обема, ограничен от повърхността за единица време (ако това количество е отрицателно , тогава енергията се влива в обема). Пойнтиращ векторопределя потока на енергия от електромагнитното поле през зоната, тя е ненулева навсякъде, където векторното произведение на векторите на силата на електрическото и магнитното поле е ненулево.

Могат да се разграничат три основни области на практическото приложение на електричеството: предаване и преобразуване на информация (радио, телевизия, компютри), предаване на импулс и ъглов момент (електрически двигатели), преобразуване и предаване на енергия (електрически генератори и електропроводи). И импулсът, и енергията се носят от полето през празното пространство, наличието на среда води само до загуби. Енергията не се предава през проводниците! Проводниците с ток са необходими, за да образуват електрически и магнитни полета с такава конфигурация, така че енергийният поток, определен от векторите на Пойнтинг във всички точки в пространството, да бъде насочен от енергийния източник към потребителя. Енергията може да се предава без проводници, тогава тя се пренася от електромагнитни вълни. (Вътрешната енергия на Слънцето намалява, отнася се от електромагнитни вълни, главно от светлина. Благодарение на част от тази енергия, животът на Земята се поддържа.)

Закон за запазване на енергията

В механиката законът за запазване на енергията гласи, че в затворена система от частици общата енергия, която е сбор от кинетична и потенциална енергия и не зависи от времето, тоест е интегралът на движението. Законът за запазване на енергията е валиден само за затворени системи, тоест при липса на външни полета или взаимодействия.

Силите на взаимодействие между тела, за които е изпълнен законът за запазване на механичната енергия, се наричат консервативни сили. Законът за запазване на механичната енергия не се изпълнява за силите на триене, тъй като при наличие на сили на триене механичната енергия се превръща в топлинна енергия.

Математическа формулировка

Еволюцията на механична система от материални точки с маси \ (m_i \) съгласно втория закон на Нютон удовлетворява системата от уравнения

\ [m_i \ точка (\ mathbf (v) _i) = \ mathbf (F) _i \]

където
\ (\ mathbf (v) _i \) са скоростите на материалните точки, а \ (\ mathbf (F) _i \) са силите, действащи върху тези точки.

Ако силите се представят като сбор от потенциални сили \ (\ mathbf (F) _i ^ p \) и непотенциални сили \ (\ mathbf (F) _i ^ d \), а потенциалните сили се записват като

\ [\ mathbf (F) _i ^ p = - \ nabla_i U (\ mathbf (r) _1, \ mathbf (r) _2, \ ldots \ mathbf (r) _N) \]

след това, умножавайки всички уравнения по \ (\ mathbf (v) _i \), можете да получите

\ [\ frac (d) (dt) \ sum_i \ frac (mv_i ^ 2) (2) = - \ sum_i \ frac (d \ mathbf (r) _i) (dt) \ cdot \ nabla_i U (\ mathbf (r ) _1, \ mathbf (r) _2, \ ldots \ mathbf (r) _N) + \ sum_i \ frac (d \ mathbf (r) _i) (dt) \ cdot \ mathbf (F) _i ^ d \]

Първата сума от дясната страна на уравнението не е нищо повече от производна на времето на сложна функция и следователно, ако въведем обозначението

\ [E = \ sum_i \ frac (mv_i ^ 2) (2) + U (\ mathbf (r) _1, \ mathbf (r) _2, \ ldots \ mathbf (r) _N) \]

и извикайте тази стойност механична енергия, след това, интегрирайки уравненията от времето t = 0 до времето t, можем да получим

\ [E (t) - E (0) = \ int_L \ mathbf (F) _i ^ d \ cdot d \ mathbf (r) _i \]

където интеграцията се извършва по траекториите на материалните точки.

По този начин промяната в механичната енергия на система от материални точки с времето е равна на работата на не-потенциални сили.

Законът за запазване на енергията в механиката е изпълнен само за системи, в които всички сили са потенциални.

Javascript е деактивиран във вашия браузър.
За да правите изчисления, трябва да активирате ActiveX контроли!

Потенциалната енергия е по-скоро абстрактна величина, защото всеки обект, който има определена височина над повърхността на Земята, вече ще има определено количество потенциална енергия. Изчислява се чрез умножаване на скоростта на свободно падане по височината над Земята, а също и по масата. Ако тялото се движи, можем да говорим за наличието на кинетична енергия.

Формула и описание на закона

Резултатът от добавянето на кинетична и потенциална енергия в система, затворена от външно въздействие, чиито части взаимодействат поради силите на еластичност и гравитация, не се променя - така звучи законът за запазване на енергията в класическата механика. Формулата на този закон изглежда така: Ek1 + En1 = Ek2 + En2. Тук Ek1 е кинетичната енергия на определено физическо тяло в определен момент от времето, а En1 е потенциална. Същото важи и за Ek2 и En2, но вече в следващия интервал от време. Но този закон е верен само ако системата, в която работи, е затворена (или консервативна). Това предполага, че стойността на общата механична енергия не се променя, когато върху системата действат само консервативни сили. Когато неконсервативните сили влязат в игра, част от енергията се променя в други форми. Такива системи се наричат дисипативни системи. Законът за запазване на енергията действа, когато външните сили по никакъв начин не действат върху тялото.

Пример за проява на закона

Един от типичните примери, илюстриращи описания закон, е експеримент със стоманена топка, която пада върху плоча със същото вещество или върху стъклена плоча, отскачайки от нея на приблизително същата височина, където е била преди момента на падането. Този ефект се постига поради факта, че когато обектът се движи, енергията се преобразува няколко пъти. Първоначално стойността на потенциалната енергия започва да се стреми към нула, докато кинетичната енергия се увеличава, но след сблъсъка тя се превръща в потенциалната енергия на еластична деформация на топката.

Това продължава, докато обектът спре напълно, при което той започва своето движение нагоре поради силите на еластична деформация както на плочата, така и на падналия обект. Но в този случай потенциалната енергия на гравитацията влиза в игра. Тъй като се разбира, че топката е с приблизително еднаква височина, от която е паднала, кинетичната енергия в нея е еднаква. В допълнение, сумата от всички енергии, действащи върху движещ се обект, остава една и съща по време на целия описан процес, потвърждавайки закона за запазване на общата механична енергия.

Еластична деформация - какво е това?

За да разберем напълно горния пример, струва си да разберем по-подробно каква е потенциалната енергия на еластично тяло - тази концепция означава притежание на еластичност, което позволява, когато всички части на тази система се деформират, да се върне към състояние на покой, извършване на някаква работа върху телата, с които физическият обект. Работата на еластичните сили не се влияе от формата на траекторията на движение, тъй като работата, извършена поради тях, зависи само от положението на тялото в началото и в края на движението.

Когато работят външни сили

Но законът за опазване не се прилага за реални процеси, в които се включва силата на триене. Пример е обект, който пада на земята. По време на сблъсък кинетичната енергия и силата на съпротивление се увеличават. Този процес не се вписва в рамките на механиката, тъй като поради нарастващото съпротивление телесната температура се повишава. От горното следва, че законът за запазване на енергията в механиката има сериозни ограничения.

Термодинамика

Първият закон на термодинамиката казва: разликата между количеството топлина, натрупана поради работата, извършена върху външни обекти, е равна на промяната във вътрешната енергия на дадена неконсервативна термодинамична система.

Но това твърдение най-често се формулира в различна форма: количеството топлина, получено от термодинамичната система, се изразходва за работа, извършена върху обекти извън системата, както и за промяна на количеството енергия вътре в системата. Според този закон той не може да изчезне, превръщайки се от една форма в друга. От това следва, че създаването на машина, която не консумира енергия (т.нар. Вечен двигател) е невъзможно, тъй като системата ще се нуждае от енергия отвън. Но мнозина все още упорито се опитваха да го създадат, без да вземат предвид закона за запазване на енергията.

Пример за проявление на закона за запазване в термодинамиката

Експериментите показват, че термодинамичните процеси не могат да бъдат обърнати. Пример за това е контактът на тела с различни температури, при който нагревателят ще отделя топлина, а вторият ще го получи. Обратният процес е невъзможен по принцип. Друг пример е преходът на газ от една част на съда в друга след отваряне на преграда между тях, при условие че втората част е празна. Веществото в този случай никога няма да започне да се движи спонтанно в обратна посока. От гореизложеното следва, че всяка термодинамична система има тенденция към състояние на покой, при което отделните й части са в равновесие и имат еднаква температура и налягане.

Хидродинамика

Прилагането на закона за опазване в хидродинамичните процеси се изразява в принципа, описан от Бернули. Звучи така: сумата от налягането както на кинестетичната, така и на потенциалната енергия на единица обем е една и съща във всяка дадена точка от потока на течност или газ. Това означава, че за измерване на дебита е достатъчно да се измери налягането в две точки. Това се прави, като правило, с манометър. Но законът на Бернули е валиден само ако въпросната течност има вискозитет, равен на нула. За да се опише потокът от реални течности, се използва интегралът на Бернули, който включва добавяне на термини, които отчитат съпротивлението.

Електродинамика

По време на електрификацията на две тела броят на електроните в тях остава непроменен, поради което положителният заряд на едното тяло е равен по големина на отрицателния заряд на другото. По този начин законът за запазване на електрическия заряд казва, че в електрически изолирана система сумата от зарядите на нейните тела не се променя. Това твърдение е вярно и когато заредените частици претърпят трансформации. По този начин, когато 2 неутрално заредени частици се сблъскат, сумата от техните заряди все още остава равна на нула, тъй като се появява положително заредена заедно с отрицателно заредена частица.

Заключение

Законът за запазване на механичната енергия, импулса и импулса са основни физически закони, свързани с хомогенността на времето и неговата изотропия. Те не са ограничени от рамката на механиката и са приложими както за процеси, протичащи в космоса, така и за квантови явления. Законите за опазване позволяват да се получат данни за различни механични процеси, без да се изучават с помощта на уравненията на движението. Ако някой теоретичен процес игнорира тези принципи, тогава е безсмислено да се провеждат експерименти в този случай, тъй като те ще бъдат неефективни.