Პოტენციური ენერგია. პოტენციური და კინეტიკური ენერგია

კუნთები, რომლებიც მოძრაობენ სხეულის ნაწილებს, ასრულებენ მექანიკურ მუშაობას.

Სამუშაორაღაც მიმართულებით - ეს არის ძალის (F) ნამრავლი, რომელიც მოქმედებს სხეულის მოძრაობის მიმართულებით იმ გზით, რომელიც მან გაიარა.(S): A = F S.

სამუშაოს შესრულება ენერგიას მოითხოვს. ამიტომ, სამუშაოს შესრულებისას, სისტემაში ენერგია მცირდება. ვინაიდან სამუშაოს შესასრულებლად საჭიროა ენერგიის მიწოდება, ეს უკანასკნელი შეიძლება განისაზღვროს შემდეგნაირად: ენერგია – ეს არის სამუშაოს შესრულების შესაძლებლობა, ეს არის მექანიკურ სისტემაში არსებული „რესურსის“ გარკვეული საზომი მის შესასრულებლად.. გარდა ამისა, ენერგია არის ერთი ტიპის მოძრაობიდან მეორეზე გადასვლის საზომი.

ბიომექანიკაში განიხილება შემდეგი ძირითადი პრინციპები: ენერგიის ტიპები:

პოტენციალი, დამოკიდებულია ადამიანის სხეულის მექანიკური სისტემის ელემენტების შედარებითი პოზიციიდან;

კინეტიკური მთარგმნელობითი მოძრაობა;

კინეტიკური ბრუნვის მოძრაობა;

სისტემის ელემენტების პოტენციური დეფორმაცია;

თერმული;

გაცვლის პროცესები.

ბიომექანიკური სისტემის ჯამური ენერგია უდრის ყველა ჩამოთვლილი ტიპის ენერგიის ჯამს.

სხეულის აწევით, ზამბარის შეკუმშვით, შეგიძლიათ ენერგიის დაგროვება პოტენციურ ფორმაში შემდგომი გამოყენებისთვის. პოტენციური ენერგია ყოველთვის ასოცირდება ამა თუ იმ ძალასთან, რომელიც მოქმედებს ერთი სხეულიდან მეორეზე. მაგალითად, დედამიწა გრავიტაციით მოქმედებს დაცემაზე მყოფ ობიექტზე, შეკუმშული ზამბარა მოქმედებს ბურთზე და გამოყვანილი მშვილდის სიმები მოქმედებს ისრზე.

Პოტენციური ენერგია – ეს არის ენერგია, რომელსაც სხეული ფლობს სხვა სხეულებთან მიმართებაში მისი პოზიციის ან ერთი სხეულის ნაწილების შედარებითი განლაგების გამო..

მაშასადამე, გრავიტაციული ძალა და დრეკადობის ძალა პოტენციურია.

გრავიტაციული პოტენციური ენერგია: En = მ გ სთ

სადაც k არის ზამბარის სიმტკიცე; x არის მისი დეფორმაცია.

ზემოთ მოყვანილი მაგალითებიდან ირკვევა, რომ ენერგიის შენახვა შესაძლებელია პოტენციური ენერგიის სახით (სხეულის აწევა, ზამბარის შეკუმშვა) შემდგომი გამოყენებისთვის.

ბიომექანიკაში განიხილება და მხედველობაში მიიღება ორი სახის პოტენციური ენერგია: დედამიწის ზედაპირთან სხეულის კავშირების შედარებითი პოზიციის გამო (გრავიტაციული პოტენციური ენერგია); დაკავშირებულია ბიომექანიკური სისტემის ელემენტების (ძვლები, კუნთები, ლიგატები) ან რაიმე გარე ობიექტების (სპორტული აღჭურვილობა, აღჭურვილობა) ელასტიურ დეფორმაციასთან.

Კინეტიკური ენერგიაინახება სხეულში მოძრაობისას. მოძრავი სხეული მუშაობს მისი დაკარგვის გამო. ვინაიდან სხეულისა და ადამიანის სხეულის ნაწილები ასრულებენ ტრანსლაციურ და ბრუნვის მოძრაობებს, მთლიანი კინეტიკური ენერგია (Ek) ტოლი იქნება: , სადაც m არის მასა, V არის წრფივი სიჩქარე, J არის სისტემის ინერციის მომენტი, ω. არის კუთხური სიჩქარე.

ენერგია ბიომექანიკურ სისტემაში შედის კუნთებში მეტაბოლური მეტაბოლური პროცესების გამო. ენერგიის ცვლილება, რომელიც იწვევს სამუშაოს შესრულებას, არ არის მაღალეფექტური პროცესი ბიომექანიკურ სისტემაში, ანუ მთელი ენერგია არ გარდაიქმნება სასარგებლო სამუშაოდ. ენერგიის ნაწილი შეუქცევადად იკარგება, გადაიქცევა სითბოდ: მხოლოდ 25% გამოიყენება სამუშაოს შესასრულებლად, დანარჩენი 75% გარდაიქმნება და იშლება ორგანიზმში.

ბიომექანიკური სისტემისთვის მექანიკური მოძრაობის ენერგიის შენარჩუნების კანონი გამოიყენება სახით:

ეპოლი = ეკ + ეპოტი + უ,

სადაც ეპოლი არის სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგია; ეკ – სისტემის კინეტიკური ენერგია; ეპოტი – სისტემის პოტენციური ენერგია; U არის სისტემის შიდა ენერგია, რომელიც წარმოადგენს ძირითადად თერმულ ენერგიას.

ბიომექანიკური სისტემის მექანიკური მოძრაობის მთლიანი ენერგია ეფუძნება შემდეგ ორ ენერგიის წყაროს: მეტაბოლური რეაქციები ადამიანის სხეულში და გარე გარემოს მექანიკური ენერგია (სპორტული აღჭურვილობის დეფორმირებადი ელემენტები, აღჭურვილობა, საყრდენი ზედაპირები; მოწინააღმდეგეები კონტაქტური ურთიერთქმედების დროს). ეს ენერგია გარე ძალების მეშვეობით გადადის.

ბიომექანიკურ სისტემაში ენერგიის წარმოების თავისებურება ის არის, რომ მოძრაობის დროს ენერგიის ერთი ნაწილი იხარჯება საჭირო საავტომობილო მოქმედების შესასრულებლად, მეორე მიდის შენახული ენერგიის შეუქცევად გაფრქვევამდე, მესამე ზოგავს და გამოიყენება შემდგომი მოძრაობის დროს. მოძრაობების დროს დახარჯული ენერგიისა და ამ პროცესის დროს შესრულებული მექანიკური მუშაობის გაანგარიშებისას ადამიანის სხეული წარმოდგენილია ანატომიური სტრუქტურის მსგავსი მრავალმხრივი ბიომექანიკური სისტემის მოდელის სახით. ცალკეული რგოლის მოძრაობები და მთლიანად სხეულის მოძრაობები განიხილება მოძრაობის ორი მარტივი ტიპის სახით: მთარგმნელობითი და ბრუნვითი.

ზოგიერთი i-ე რგოლის (Epol) ჯამური მექანიკური ენერგია შეიძლება გამოითვალოს პოტენციალის (Epot) და კინეტიკური ენერგიის (Ek) ჯამის სახით. თავის მხრივ, Ek შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც რგოლის მასის ცენტრის კინეტიკური ენერგიის ჯამი (Ec.c.m.), რომელშიც კონცენტრირებულია რგოლის მთელი მასა, და რგოლის ბრუნვის კინეტიკური ენერგია შედარებით. მასის ცენტრი (Ec.Vr.).

თუ რგოლის მოძრაობის კინემატიკა ცნობილია, რგოლის მთლიანი ენერგიის ამ ზოგად გამოხატულებას ექნება ფორმა: , სადაც mi არის i-ე რგოლის მასა; ĝ – თავისუფალი ვარდნის აჩქარება; hi არის მასის ცენტრის სიმაღლე რაღაც ნულოვან დონეზე (მაგალითად, დედამიწის ზედაპირის ზემოთ მოცემულ ადგილას); - მასის ცენტრის მთარგმნელობითი მოძრაობის სიჩქარე; Ji არის ith რგოლის ინერციის მომენტი მასის ცენტრში გამავალი ბრუნვის მყისიერი ღერძის მიმართ; ω – ბრუნის მყისიერი კუთხური სიჩქარე მყისიერ ღერძთან მიმართებაში.

მუშაობა ბმულის (Ai) ჯამური მექანიკური ენერგიის შეცვლაზე მუშაობის დროს t1 მომენტიდან t2 მომენტამდე უდრის ენერგიის მნიშვნელობების სხვაობას ბოლო (Ep(t2)) და საწყის (Ep(t1)) მომენტებში. მოძრაობის:

ბუნებრივია, ამ შემთხვევაში მუშაობა იხარჯება რგოლის პოტენციალისა და კინეტიკური ენერგიის შეცვლაზე.

თუ სამუშაოს მოცულობა აი > 0, ანუ ენერგია გაიზარდა, მაშინ ამბობენ, რომ ლინკზე დადებითი სამუშაოა გაკეთებული. თუ AI< 0, то есть энергия звена уменьшилась, - отрицательная работа.

მოცემული რგოლის ენერგიის შესაცვლელად მუშაობის რეჟიმს დაძლევა ეწოდება, თუ კუნთები ასრულებენ დადებით მუშაობას რგოლზე; დაბალია, თუ კუნთები ასრულებენ უარყოფით მუშაობას ბმულზე.

პოზიტიური მუშაობა კეთდება მაშინ, როდესაც კუნთი იკუმშება გარე დატვირთვის წინააღმდეგ, მიდის სხეულის ნაწილების, მთლიანად სხეულის, სპორტული ინვენტარის და ა.შ. ეს ხდება დატვირთვის დაწევისას, კიბეებზე ჩასვლისას ან ძალის წინააღმდეგობის გაწევისას, რომელიც აღემატება კუნთების ძალას (მაგალითად, მკლავჭიდში).

დაფიქსირდა საინტერესო ფაქტები კუნთების პოზიტიურ და უარყოფით მუშაობას შორის ურთიერთობის შესახებ: კუნთების ნეგატიური მუშაობა უფრო ეკონომიურია, ვიდრე კუნთების დადებითი მუშაობა; ნეგატიური სამუშაოს წინასწარი შესრულება ზრდის მის შემდგომ პოზიტიური სამუშაოს სიდიდეს და ეფექტურობას.

რაც უფრო დიდია ადამიანის სხეულის გადაადგილების სიჩქარე (სპორტზე სირბილის დროს, სრიალში, თხილამურებზე სრიალის დროს და ა. GCM-თან შედარებით. ამიტომ, მაღალი სიჩქარით, ძირითადი სამუშაო იხარჯება სხეულის ნაწილების აჩქარებაზე და დამუხრუჭებაზე, ვინაიდან სიჩქარის მატებასთან ერთად მკვეთრად იზრდება სხეულის ნაწილების მოძრაობის აჩქარება.

კინეტიკური ენერგია არის სხეულის მოძრაობის ენერგია. შესაბამისად, თუ გვაქვს რაიმე ობიექტი, რომელსაც აქვს სულ მცირე მასა და სულ მცირე სიჩქარე, მაშინ მას აქვს კინეტიკური ენერგია. თუმცა, სხვადასხვა საცნობარო სისტემებთან შედარებით, ერთი და იგივე ობიექტისთვის ეს კინეტიკური ენერგია შეიძლება განსხვავებული იყოს.

მაგალითი. არის ბებია, რომელიც ჩვენი პლანეტის დედამიწასთან შედარებით ისვენებს, ანუ არ მოძრაობს და, ვთქვათ, ავტობუსის გაჩერებაზე ზის და ელოდება თავის ავტობუსს. მაშინ, ჩვენს პლანეტასთან შედარებით, მისი კინეტიკური ენერგია ნულის ტოლია. მაგრამ თუ უყურებთ იმავე ბებიას მთვარედან ან მზიდან, რომლის მიმართაც შეგიძლიათ დააკვირდეთ პლანეტის მოძრაობას და, შესაბამისად, ამ ბებიას, რომელიც მდებარეობს ჩვენს პლანეტაზე, მაშინ ბებიას უკვე ექნება კინეტიკური ენერგიის ნათესავი. აღნიშნულ ციურ სხეულებს. და შემდეგ ავტობუსი ჩამოდის. იგივე ბებია სწრაფად დგება და გარბის თავისი კანონიერი ადგილის დასაკავებლად. ახლა, პლანეტასთან შედარებით, ის აღარ არის მოსვენებული, მაგრამ საკმაოდ მოძრავია. ეს ნიშნავს, რომ მას აქვს კინეტიკური ენერგია. და რაც უფრო სქელი და სწრაფია ბებია, მით მეტია მისი კინეტიკური ენერგია.

არსებობს ენერგიის რამდენიმე ფუნდამენტური ტიპი - მთავარი. მე გეტყვით, მაგალითად, მექანიკურზე. ეს მოიცავს კინეტიკურ ენერგიას, რომელიც დამოკიდებულია ობიექტის სიჩქარეზე და მასაზე, და პოტენციურ ენერგიაზე, რომელიც დამოკიდებულია იმაზე, თუ სად აიღებთ ნულოვანი პოტენციური ენერგიის დონეს და იმ პოზიციაზე, სადაც ეს ობიექტი არის შედარებით ნულოვანი პოტენციური ენერგიის დონესთან. ანუ პოტენციური ენერგია არის ენერგია, რომელიც დამოკიდებულია ობიექტის პოზიციაზე. ეს ენერგია ახასიათებს იმ ველის მიერ შესრულებულ სამუშაოს, რომელშიც ობიექტი მდებარეობს მისი გადაადგილებით.

მაგალითი. ხელში უზარმაზარ ყუთს ატარებ და ეცემა. ყუთი იატაკზეა. გამოდის, რომ თქვენი პოტენციური ენერგიის ნულოვანი დონე განთავსდება, შესაბამისად, იატაკის დონეზე. მაშინ ყუთის ზედა ნაწილს ექნება მეტი პოტენციური ენერგია, რადგან ის უფრო მაღალია ვიდრე იატაკი და მაღლა დგას ნულოვანი პოტენციური ენერგიის დონეზე.

სისულელეა ენერგეტიკაზე საუბარი მისი კონსერვაციის შესახებ კანონის ხსენების გარეშე. ამრიგად, ენერგიის შენარჩუნების კანონის თანახმად, ენერგიის ეს ორი ტიპი, რომელიც აღწერს ობიექტის მდგომარეობას, არ მოდის საიდანღაც და არ ქრება არსად, არამედ მხოლოდ ერთმანეთში გარდაიქმნება.

აი მაგალითი. მე სახლის სიმაღლიდან ვარ ვარდნილი, თავდაპირველად მაქვს პოტენციური ენერგია მიწასთან შედარებით ნახტომის წინა მომენტში და ჩემი კინეტიკური ენერგია უმნიშვნელოა, ამიტომ შეგვიძლია გავათანაბროთ იგი ნულთან. ასე რომ, ფეხებს ვაშორებ კარნიზს და ჩემი პოტენციური ენერგია იწყებს კლებას, რადგან სიმაღლე, რომელზეც ვარ, სულ უფრო და უფრო მცირდება. იმავე მომენტში, დაცემისას, თანდათანობით ვიღებ კინეტიკურ ენერგიას, რადგან მზარდი სიჩქარით ვვარდები. დაცემის მომენტში უკვე მაქვს მაქსიმალური კინეტიკური ენერგია, მაგრამ პოტენციური ენერგია ნულია, ასეთი რაღაცეები.

ყოველდღიური გამოცდილება გვიჩვენებს, რომ უძრავი სხეულების მოძრაობა შესაძლებელია, ხოლო მოძრავი - შეჩერება. მე და შენ გამუდმებით რაღაცას ვაკეთებთ, ჩვენს ირგვლივ სამყარო ტრიალებს, მზე ანათებს... მაგრამ საიდან ეძლევა ძალა ადამიანებს, ცხოველებს და ზოგადად ბუნებას ამ საქმის გასაკეთებლად? უკვალოდ ქრება? დაიწყებს თუ არა ერთი სხეული მოძრაობას მეორის მოძრაობის შეცვლის გარეშე? ამ ყველაფერზე ჩვენს სტატიაში ვისაუბრებთ.

ენერგიის კონცეფცია

მანქანების, ტრაქტორების, დიზელის ლოკომოტივებისა და თვითმფრინავების მოძრავი ძრავების მუშაობისთვის საჭიროა საწვავი, რომელიც ენერგიის წყაროა. ელექტროძრავის ელექტრო ჩარხები ელექტროენერგიის გამოყენებით. სიმაღლიდან ჩამოვარდნილი წყლის ენერგიის გამო ტრიალებს ჰიდრავლიკური ტურბინები, რომლებიც დაკავშირებულია ელექტრო მანქანებთან, რომლებიც წარმოქმნიან ელექტრო დენს. იმისთვის, რომ იარსებოს და იმუშაოს, ადამიანს ენერგიაც სჭირდება. ამბობენ, რომ ნებისმიერი სამუშაოს შესასრულებლად ენერგიაა საჭირო. რა არის ენერგია?

• დაკვირვება 1. ავწიოთ ბურთი მიწაზე მაღლა. სანამ ის მშვიდ მდგომარეობაშია, არანაირი მექანიკური სამუშაო არ უტარდება. მოდით გავუშვათ იგი. გრავიტაციის გავლენით ბურთი გარკვეული სიმაღლიდან ეცემა მიწაზე. ბურთის დაცემისას ტარდება მექანიკური მუშაობა.
• დაკვირვება 2. დახურეთ ზამბარა, დააფიქსირეთ ძაფით და დაადეთ წონა ზამბარზე. ძაფს ცეცხლი მოვკიდოთ, ზამბარა გასწორდება და წონას გარკვეულ სიმაღლეზე აწევს. ზამბარმა შეასრულა მექანიკური სამუშაოები.
• დაკვირვება 3. ურნაზე ვამაგრებთ ღეროს ბლოკით. ბლოკში ჩავყრით ძაფს, რომლის ერთი ბოლო ურმის ღერძზეა შემოხვეული, მეორეზე კი კიდია. გავთავისუფლდეთ წონაში. მოქმედების ქვეშ ის დაიძვრება ქვევით და მისცემს ეტლს მოძრაობას. წონამ შეასრულა მექანიკური მუშაობა.

ყველა ზემოაღნიშნული დაკვირვების გაანალიზების შემდეგ შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ თუ სხეული ან რამდენიმე სხეული ასრულებენ მექანიკურ მუშაობას ურთიერთქმედების დროს, მაშინ ამბობენ, რომ მათ აქვთ მექანიკური ენერგია, ანუ ენერგია.

ენერგიის კონცეფცია

ენერგია (ბერძნული სიტყვიდან ენერგია- აქტივობა) არის ფიზიკური რაოდენობა, რომელიც ახასიათებს სხეულების მუშაობის უნარს. SI ენერგიის ერთეული, ისევე როგორც სამუშაო, არის ერთი ჯოული (1 J). ასოზე ენერგია მითითებულია ასოთი ე. ზემოაღნიშნული ექსპერიმენტებიდან ირკვევა, რომ სხეული ასრულებს სამუშაოს, როდესაც ის ერთი მდგომარეობიდან მეორეში გადადის. ამ შემთხვევაში სხეულის ენერგია იცვლება (მცირდება), ხოლო სხეულის მიერ შესრულებული მექანიკური სამუშაო უდრის მისი მექანიკური ენერგიის ცვლილების შედეგს.

მექანიკური ენერგიის სახეები. პოტენციური ენერგიის კონცეფცია

არსებობს მექანიკური ენერგიის 2 ტიპი: პოტენციური და კინეტიკური. ახლა მოდით უფრო ახლოს მივხედოთ პოტენციურ ენერგიას.

პოტენციური ენერგია (PE) - განისაზღვრება სხეულების ურთიერთმდებარეობით, რომლებიც ურთიერთობენ, ან იმავე სხეულის ნაწილებით. ვინაიდან ნებისმიერი სხეული და დედამიწა იზიდავს ერთმანეთს, ანუ ურთიერთქმედებენ, მიწის ზემოთ აწეული სხეულის PE დამოკიდებული იქნება ამწევის სიმაღლეზე. თ. რაც უფრო მაღალია სხეული, მით მეტია მისი PE. ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ PE დამოკიდებულია არა მხოლოდ სიმაღლეზე, რომელზედაც ამაღლებულია, არამედ სხეულის წონაზეც. თუ სხეულები ამაღლებულია იმავე სიმაღლეზე, მაშინ უფრო დიდი მასის მქონე სხეულს ექნება უფრო დიდი PE. ამ ენერგიის ფორმულა შემდეგია: E p = მგსთ,სად E გვ- ეს არის პოტენციური ენერგია, მ- სხეულის წონა, გ = 9,81 ნ/კგ, h - სიმაღლე.

გაზაფხულის პოტენციური ენერგია

ელასტიურად დეფორმირებული სხეულის პოტენციური ენერგია არის ფიზიკური რაოდენობა E p,რომელიც, როდესაც მოქმედების ქვეშ იცვლება გადამყვანი მოძრაობის სიჩქარე, მცირდება ზუსტად იმდენი, რამდენიც იზრდება კინეტიკური ენერგია. ზამბარებს (როგორც სხვა ელასტიურად დეფორმირებულ სხეულებს) აქვთ PE, რომელიც უდრის მათი სიხისტის ნამრავლის ნახევარს. კდეფორმაციის კვადრატზე: x = kx 2: 2.

კინეტიკური ენერგია: ფორმულა და განმარტება

ზოგჯერ მექანიკური მუშაობის მნიშვნელობა შეიძლება ჩაითვალოს ძალისა და გადაადგილების ცნებების გამოყენების გარეშე, ყურადღება გამახვილდეს იმაზე, რომ სამუშაო ახასიათებს სხეულის ენერგიის ცვლილებას. ჩვენ გვჭირდება მხოლოდ გარკვეული სხეულის მასა და მისი საწყისი და საბოლოო სიჩქარე, რომელიც მიგვიყვანს კინეტიკური ენერგიისკენ. კინეტიკური ენერგია (KE) არის ენერგია, რომელიც ეკუთვნის სხეულს საკუთარი მოძრაობის გამო.

ქარს აქვს კინეტიკური ენერგია და გამოიყენება ქარის ტურბინების ასაწევად. მოძრავები ახორციელებენ ზეწოლას ქარის ტურბინების ფრთების დახრილ სიბრტყეებზე და აიძულებენ მათ შემობრუნებას. ბრუნვის მოძრაობა გადაცემათა სისტემების მეშვეობით გადაეცემა მექანიზმებს, რომლებიც ასრულებენ კონკრეტულ სამუშაოს. მოძრავი წყალი, რომელიც ცირკულირებს ელექტროსადგურის ტურბინების ირგვლივ, სამუშაოს შესრულებისას კარგავს თავის CE-ს. ცაში მაღლა მფრინავ თვითმფრინავს, PE-ს გარდა, აქვს CE. თუ სხეული მოსვენებულ მდგომარეობაშია, ანუ მისი სიჩქარე დედამიწასთან შედარებით არის ნული, მაშინ მისი CE მიმართება დედამიწასთან არის ნული. ექსპერიმენტულად დადგინდა, რომ რაც უფრო დიდია სხეულის მასა და სიჩქარე, რომლითაც ის მოძრაობს, მით მეტია მისი CE. მთარგმნელობითი მოძრაობის კინეტიკური ენერგიის ფორმულა მათემატიკური გამოსახულებაში ასეთია:

სად TO- კინეტიკური ენერგია, მ- სხეულის მასა, ვ- სიჩქარე.

კინეტიკური ენერგიის ცვლილება

ვინაიდან სხეულის მოძრაობის სიჩქარე არის სიდიდე, რომელიც დამოკიდებულია საცნობარო სისტემის არჩევანზე, სხეულის FE-ის მნიშვნელობა ასევე დამოკიდებულია მის არჩევანზე. სხეულის კინეტიკური ენერგიის (IKE) ცვლილება ხდება სხეულზე გარეგანი ძალის მოქმედების გამო. ფ. ფიზიკური რაოდენობა ა, რომელიც უდრის IKE-ს ΔE კსხეული მასზე ძალის მოქმედების გამო F ეწოდება სამუშაოს: A = ΔE კ. თუ სხეულზე, რომელიც მოძრაობს სიჩქარით ვ 1 , ძალის მოქმედება ფ, მიმართულებას ემთხვევა, მაშინ სხეულის სიჩქარე გარკვეული პერიოდის განმავლობაში გაიზრდება ტგარკვეული ღირებულებით ვ 2 . ამ შემთხვევაში, IKE უდრის:

სად მ- სხეულის მასა; დ- სხეულის მიერ გავლილი მანძილი; V f1 = (V 2 - V 1); V f2 = (V 2 + V 1); a = F: m. სწორედ ეს ფორმულა ითვლის რამდენად იცვლება კინეტიკური ენერგია. ფორმულას ასევე შეიძლება ჰქონდეს შემდეგი ინტერპრეტაცია: ΔE k = Flcos ά , სადაც cosά არის კუთხე ძალის ვექტორებს შორის ფდა სიჩქარე ვ.

საშუალო კინეტიკური ენერგია

კინეტიკური ენერგია არის ენერგია, რომელიც განისაზღვრება ამ სისტემის კუთვნილი სხვადასხვა წერტილის მოძრაობის სიჩქარით. ამასთან, უნდა გვახსოვდეს, რომ აუცილებელია განვასხვავოთ 2 ენერგია, რომლებიც ახასიათებს სხვადასხვა მთარგმნელობით და ბრუნვით. (SKE) ამ შემთხვევაში არის საშუალო განსხვავება მთელი სისტემის ენერგიების მთლიანობასა და მის სიმშვიდის ენერგიას შორის, ანუ, ფაქტობრივად, მისი მნიშვნელობა არის პოტენციური ენერგიის საშუალო მნიშვნელობა. საშუალო კინეტიკური ენერგიის ფორმულა არის:

სადაც k არის ბოლცმანის მუდმივი; T - ტემპერატურა. სწორედ ეს განტოლებაა მოლეკულური კინეტიკური თეორიის საფუძველი.

გაზის მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგია

მრავალრიცხოვანმა ექსპერიმენტებმა დაადგინა, რომ გაზის მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგია მთარგმნელობით მოძრაობაში მოცემულ ტემპერატურაზე იგივეა და არ არის დამოკიდებული აირის ტიპზე. გარდა ამისა, ასევე აღმოჩნდა, რომ როდესაც გაზი თბება 1 o C-ით, SCE იზრდება იგივე მნიშვნელობით. უფრო ზუსტად რომ ვთქვათ, ეს მნიშვნელობა უდრის: ΔE k = 2,07 x 10 -23 J/o C.იმისათვის, რომ გამოვთვალოთ რა არის გაზის მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგია მთარგმნელობით მოძრაობაში, აუცილებელია, გარდა ამ ფარდობითი მნიშვნელობისა, ვიცოდეთ მთარგმნელობითი მოძრაობის ენერგიის კიდევ ერთი აბსოლუტური მნიშვნელობა. ფიზიკაში ეს მნიშვნელობები საკმაოდ ზუსტად არის განსაზღვრული ტემპერატურის ფართო დიაპაზონისთვის. მაგალითად, ტემპერატურაზე t = 500 o Cმოლეკულის მთარგმნელობითი მოძრაობის კინეტიკური ენერგია ეკ = 1600 x 10 -23 ჯ. იცოდე 2 რაოდენობა ( ΔE k და E k), ჩვენ შეგვიძლია ორივე გამოვთვალოთ მოლეკულების მთარგმნელობითი მოძრაობის ენერგია მოცემულ ტემპერატურაზე და გადავწყვიტოთ შებრუნებული პრობლემა - ტემპერატურის განსაზღვრა მოცემული ენერგეტიკული მნიშვნელობებიდან.

დაბოლოს, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგია, რომლის ფორმულა მოცემულია ზემოთ, დამოკიდებულია მხოლოდ აბსოლუტურ ტემპერატურაზე (და ნივთიერებების აგრეგაციის ნებისმიერ მდგომარეობაზე).

მთლიანი მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი

გრავიტაციისა და დრეკადობის ძალების გავლენის ქვეშ სხეულების მოძრაობის შესწავლამ აჩვენა, რომ არსებობს გარკვეული ფიზიკური რაოდენობა, რომელსაც პოტენციური ენერგია ეწოდება. E გვ; ეს დამოკიდებულია სხეულის კოორდინატებზე და მისი ცვლილება უდრის IEC-ს, რომელიც აღებულია საპირისპირო ნიშნით: Δ E p =-ΔE კ.ამრიგად, სხეულის FE და PE ცვლილებების ჯამი, რომლებიც ურთიერთქმედებენ გრავიტაციულ ძალებთან და ელასტიურ ძალებთან, უდრის 0 : Δ E p +ΔE k = 0.ძალებს, რომლებიც დამოკიდებულია მხოლოდ სხეულის კოორდინატებზე, ეწოდება კონსერვატიული.მიზიდულობისა და ელასტიურობის ძალები კონსერვატიული ძალებია. სხეულის კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის ჯამი არის მთლიანი მექანიკური ენერგია: E p +E k = E.

ეს ფაქტი, რომელიც დადასტურებულია ყველაზე ზუსტი ექსპერიმენტებით,
დაურეკა მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი. თუ სხეულები ურთიერთქმედებენ ძალებთან, რომლებიც დამოკიდებულნი არიან ფარდობითი მოძრაობის სიჩქარეზე, ურთიერთმოქმედი სხეულების სისტემაში მექანიკური ენერგია არ არის დაცული. ამ ტიპის ძალების მაგალითი, რომლებიც ე.წ არაკონსერვატიული, არის ხახუნის ძალები. თუ სხეულზე მოქმედებს ხახუნის ძალები, მაშინ მათ დასაძლევად საჭიროა ენერგიის დახარჯვა, ანუ მისი ნაწილი გამოიყენება ხახუნის ძალების წინააღმდეგ სამუშაოს შესასრულებლად. თუმცა, ენერგიის შენარჩუნების კანონის დარღვევა აქ მხოლოდ წარმოსახვითია, რადგან ეს არის ენერგიის შენარჩუნებისა და გარდაქმნის ზოგადი კანონის ცალკე შემთხვევა. სხეულების ენერგია არასოდეს ქრება და აღარ ჩნდება:ის მხოლოდ ერთი ტიპიდან მეორეზე გარდაიქმნება. ბუნების ეს კანონი ძალიან მნიშვნელოვანია, ყველგან ასეა. მას ასევე ზოგჯერ უწოდებენ ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის ზოგად კანონს.

სხეულის შინაგან ენერგიას, კინეტიკურ და პოტენციურ ენერგიებს შორის კავშირი

სხეულის შინაგანი ენერგია (U) არის მისი მთლიანი სხეულის ენერგია გამოკლებული სხეულის მთლიანი CE და მისი PE ძალების გარე ველში. აქედან შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ შიდა ენერგია შედგება მოლეკულების ქაოტური მოძრაობის CE, მათ შორის ურთიერთქმედების PE და ინტრამოლეკულური ენერგიისგან. შიდა ენერგია არის სისტემის მდგომარეობის ცალსახა ფუნქცია, რაც ნიშნავს შემდეგს: თუ სისტემა იმყოფება მოცემულ მდგომარეობაში, მისი შინაგანი ენერგია იღებს თავის თანდაყოლილ მნიშვნელობებს, მიუხედავად იმისა, თუ რა მოხდა ადრე.

რელატივიზმი

როდესაც სხეულის სიჩქარე უახლოვდება სინათლის სიჩქარეს, კინეტიკური ენერგია გვხვდება შემდეგი ფორმულის გამოყენებით:

სხეულის კინეტიკური ენერგია, რომლის ფორმულა ზემოთ იყო დაწერილი, ასევე შეიძლება გამოითვალოს შემდეგი პრინციპით:

კინეტიკური ენერგიის პოვნის ამოცანების მაგალითები

1. შეადარეთ 300 მ/წმ სიჩქარით მფრინავი 9გრ მასის ბურთისა და 18კმ/სთ სიჩქარით 60 კგ წონის მქონე ადამიანის კინეტიკური ენერგია.

ასე რომ, რაც გვეძლევა: მ 1 = 0,009 კგ; V 1 = 300 მ/წმ; მ 2 = 60 კგ, V 2 = 5 მ / წმ.

გამოსავალი:

• კინეტიკური ენერგია (ფორმულა): E k = mv 2: 2.
• ჩვენ გვაქვს ყველა მონაცემი გაანგარიშებისთვის და, შესაბამისად, ვიპოვით ე კროგორც ადამიანისთვის, ასევე ბურთისთვის.
• E k1 = (0,009 კგ x (300 მ/წმ) 2): 2 = 405 ჯ;
• E k2 = (60 კგ x (5 მ/წმ) 2): 2 = 750 ჯ.
• E k1< E k2.

პასუხი: ბურთის კინეტიკური ენერგია ადამიანისაზე ნაკლებია.

2. 10 კგ მასის სხეული აიყვანეს 10 მ სიმაღლეზე, რის შემდეგაც გამოუშვეს. რა FE ექნება მას 5 მ სიმაღლეზე? ჰაერის წინააღმდეგობის უგულებელყოფა შეიძლება.

ასე რომ, რაც გვეძლევა: მ = 10 კგ; სთ = 10 მ; თ 1 = 5 მ; გ = 9,81 ნ/კგ. E k1 - ?

გამოსავალი:

• გარკვეული მასის სხეულს, რომელიც ამაღლებულია გარკვეულ სიმაღლეზე, აქვს პოტენციური ენერგია: E p = mgh. თუ სხეული დაეცემა, მაშინ გარკვეულ სიმაღლეზე h 1 მას ექნება ოფლი. ენერგია E p = mgh 1 და კინ. ენერგია E k1. კინეტიკური ენერგიის სწორად საპოვნელად, ზემოთ მოცემული ფორმულა არ დაგვეხმარება და ამიტომ პრობლემას შემდეგი ალგორითმის გამოყენებით მოვაგვარებთ.
• ამ ეტაპზე ვიყენებთ ენერგიის შენარჩუნების კანონს და ვწერთ: E p1 +E k1 = Eპ.
• მერე E k1 = ე P - E p1 = მგჰ- მგჰ 1 = მგ (სთ-სთ 1).
• ჩვენი მნიშვნელობების ფორმულით ჩანაცვლებით, მივიღებთ: E k1 = 10 x 9,81 (10-5) = 490,5 ჯ.

პასუხი: E k1 = 490,5 ჯ.

3. მასის მქონე მფრინავი მდა რადიუსი R,ბრუნავს ღერძის გარშემო, რომელიც გადის მის ცენტრში. მფრინავის ბრუნვის კუთხოვანი სიჩქარე - ω . საფრენი ბორბლის შესაჩერებლად, სამუხრუჭე ხუნდს აჭერენ მის რგოლზე და მოქმედებს მასზე ძალით. F ხახუნი. რამდენ ბრუნს გააკეთებს ბორბალი სრულ გაჩერებამდე? გაითვალისწინეთ, რომ მფრინავის მასა კონცენტრირებულია რგოლზე.

ასე რომ, რაც გვეძლევა: მ; R; ω; F ხახუნი. ნ -?

გამოსავალი:

• ამოცანის ამოხსნისას ჩვენ მივიჩნევთ ბორბალის ბრუნვებს რადიუსის მქონე თხელი ჰომოგენური რგოლის ბრუნვის მსგავსებად. რ და მასა მ, რომელიც ბრუნავს კუთხური სიჩქარით ω.
• ასეთი სხეულის კინეტიკური ენერგია უდრის: E k = (ჯ ω 2): 2, სადაც J= მ რ 2 .
• საფრენი ბორბალი გაჩერდება იმ პირობით, რომ მთელი მისი FE დაიხარჯება ხახუნის ძალის დასაძლევად. F ხახუნი, ხდება სამუხრუჭე ხუნდსა და რგოლს შორის: E k = ხახუნი F *s , სადაც s- 2 πRN = (მ რ 2 ω 2): 2, საიდანაც N = ( მ ω 2 R): (4 π F tr).

პასუხი: N = (mω 2 R) : (4πF tr).

ბოლოს და ბოლოს

ენერგია ყველაზე მნიშვნელოვანი კომპონენტია ცხოვრების ყველა ასპექტში, რადგან მის გარეშე ვერც ერთი სხეული ვერ შეასრულებს მუშაობას, მათ შორის ადამიანიც. ვფიქრობთ, რომ სტატიაში ნათლად გაგეგებათ რა არის ენერგია და მისი ერთ-ერთი კომპონენტის - კინეტიკური ენერგიის ყველა ასპექტის დეტალური პრეზენტაცია დაგეხმარებათ გაიგოთ ჩვენს პლანეტაზე მიმდინარე მრავალი პროცესი. და თქვენ შეგიძლიათ გაიგოთ, თუ როგორ უნდა იპოვოთ კინეტიკური ენერგია ზემოაღნიშნული ფორმულებიდან და პრობლემის გადაჭრის მაგალითებიდან.

ენერგია არის ის, რაც სიცოცხლეს შესაძლებელს ხდის არა მხოლოდ ჩვენს პლანეტაზე, არამედ სამყაროშიც. თუმცა, ეს შეიძლება იყოს ძალიან განსხვავებული. ასე რომ, სითბო, ხმა, სინათლე, ელექტროენერგია, მიკროტალღები, კალორია არის ენერგიის სხვადასხვა სახეობა. ეს ნივთიერება აუცილებელია ჩვენს ირგვლივ მიმდინარე ყველა პროცესისთვის. დედამიწაზე ყველაფერი ენერგიის უმეტეს ნაწილს მზისგან იღებს, მაგრამ არსებობს სხვა წყაროები. მზე მას ჩვენს პლანეტაზე გადასცემს იმდენს, რამდენსაც ერთდროულად გამოიმუშავებს 100 მილიონი ყველაზე ძლიერი ელექტროსადგური.

რა არის ენერგია?

ალბერტ აინშტაინის მიერ წამოყენებული თეორია იკვლევს მატერიასა და ენერგიას შორის ურთიერთობას. ამ დიდმა მეცნიერმა შეძლო დაემტკიცებინა ერთი ნივთიერების მეორეში გარდაქმნის უნარი. აღმოჩნდა, რომ ენერგია არის ყველაზე მნიშვნელოვანი ფაქტორი სხეულების არსებობაში, ხოლო მატერია მეორეხარისხოვანია.

ენერგია, ზოგადად, არის რაიმე სახის სამუშაოს შესრულების უნარი. სწორედ ის დგას ძალის კონცეფციის უკან, რომელსაც შეუძლია სხეულის გადაადგილება ან ახალი თვისებების მინიჭება. რას ნიშნავს ტერმინი "ენერგია"? ფიზიკა ფუნდამენტური მეცნიერებაა, რომელსაც მრავალი მეცნიერი მიუძღვნა სხვადასხვა ეპოქის და ქვეყნიდან. არისტოტელემ ასევე გამოიყენა სიტყვა „ენერგია“ ადამიანის საქმიანობის აღსანიშნავად. ბერძნულიდან თარგმნილი, "ენერგია" არის "აქტიურობა", "ძალა", "მოქმედება", "ძალა". პირველად ეს სიტყვა გამოჩნდა ბერძენი მეცნიერის ტრაქტატში, სახელწოდებით "ფიზიკა".

ახლა საყოველთაოდ მიღებული გაგებით, ეს ტერმინი გამოიყენა ინგლისელმა ფიზიკოსმა ეს მნიშვნელოვანი მოვლენა ჯერ კიდევ 1807 წელს მოხდა. XIX საუკუნის 50-იან წლებში. ინგლისელმა მექანიკოსმა უილიამ ტომსონმა პირველად გამოიყენა "კინეტიკური ენერგიის" კონცეფცია, ხოლო 1853 წელს შოტლანდიელმა ფიზიკოსმა უილიამ რანკინმა შემოიღო ტერმინი "პოტენციური ენერგია".

დღეს ეს სკალარული რაოდენობა ფიზიკის ყველა დარგშია. ეს არის მატერიის მოძრაობისა და ურთიერთქმედების სხვადასხვა ფორმის ერთი საზომი. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, იგი წარმოადგენს ერთი ფორმის მეორეში გადაქცევის საზომს.

საზომი ერთეულები და სიმბოლოები

ენერგიის ოდენობა იზომება ამ სპეციალურ ერთეულს, ენერგიის სახეობიდან გამომდინარე, შეიძლება ჰქონდეს განსხვავებული აღნიშვნები, მაგალითად:

• W არის სისტემის მთლიანი ენერგია.
• Q - თერმული.
• U - პოტენციალი.

ენერგიის სახეები

ბუნებაში ბევრი სხვადასხვა სახის ენერგია არსებობს. მთავარია:

• მექანიკური;
• ელექტრომაგნიტური;
• ელექტრო;
• ქიმიური;
• თერმული;
• ბირთვული (ატომური).

არსებობს ენერგიის სხვა სახეობები: მსუბუქი, ხმა, მაგნიტური. ბოლო წლების განმავლობაში, ფიზიკოსების მზარდი რაოდენობა მიდრეკილია ეგრეთ წოდებული "ბნელი" ენერგიის არსებობის ჰიპოთეზისკენ. ამ ნივთიერების თითოეულ ადრე ჩამოთვლილ ტიპს აქვს საკუთარი მახასიათებლები. მაგალითად, ხმის ენერგიის გადაცემა შესაძლებელია ტალღების გამოყენებით. ისინი ხელს უწყობენ ადამიანებისა და ცხოველების ყურებში ყურის ბარტყის ვიბრაციას, რომლის წყალობითაც ისმის ბგერები. სხვადასხვა ქიმიური რეაქციების დროს გამოიყოფა ყველა ორგანიზმის სიცოცხლისთვის აუცილებელი ენერგია. ნებისმიერი საწვავი, საკვები, ბატარეები, ბატარეები ამ ენერგიის შესანახია.

ჩვენი ვარსკვლავი დედამიწას აძლევს ენერგიას ელექტრომაგნიტური ტალღების სახით. ეს არის ერთადერთი გზა, რომელიც მას შეუძლია გადალახოს სივრცის უზარმაზარი. თანამედროვე ტექნოლოგიების წყალობით, როგორიცაა მზის პანელები, ჩვენ შეგვიძლია მისი მაქსიმალური ეფექტის გამოყენება. ჭარბი გამოუყენებელი ენერგია გროვდება ენერგიის სპეციალურ საწყობებში. ენერგიის ზემოთ ჩამოთვლილ სახეობებთან ერთად ხშირად გამოიყენება თერმული წყაროები, მდინარეები, ოკეანეები და ბიოსაწვავი.

მექანიკური ენერგია

ამ ტიპის ენერგია შესწავლილია ფიზიკის ფილიალში, რომელსაც ეწოდება "მექანიკა". იგი აღინიშნება ასო E. ის იზომება ჯოულებში (J). რა არის ეს ენერგია? მექანიკური ფიზიკა სწავლობს სხეულების მოძრაობას და მათ ურთიერთქმედებას ერთმანეთთან ან გარე ველებთან. ამ შემთხვევაში სხეულების მოძრაობით გამოწვეულ ენერგიას კინეტიკური ეწოდება (აღნიშნავს Ek-ით), ხოლო ენერგიას, რომელიც გამოწვეულია გარე ველებით - პოტენციალი (Ep). მოძრაობისა და ურთიერთქმედების ჯამი წარმოადგენს სისტემის მთლიან მექანიკურ ენერგიას.

ორივე ტიპის გამოთვლის ზოგადი წესი არსებობს. ენერგიის რაოდენობის დასადგენად, უნდა გამოვთვალოთ სამუშაო, რომელიც საჭიროა სხეულის ნულოვანი მდგომარეობიდან მოცემულ მდგომარეობაში გადასაყვანად. უფრო მეტიც, რაც მეტი სამუშაო იქნება, მით მეტი ენერგია ექნება სხეულს მოცემულ მდგომარეობაში.

სახეობების გამოყოფა სხვადასხვა მახასიათებლების მიხედვით

ენერგიის გაზიარების რამდენიმე ტიპი არსებობს. სხვადასხვა კრიტერიუმების მიხედვით იყოფა: გარე (კინეტიკური და პოტენციური) და შიდა (მექანიკური, თერმული, ელექტრომაგნიტური, ბირთვული, გრავიტაციული). ელექტრომაგნიტური ენერგია, თავის მხრივ, იყოფა მაგნიტურ და ელექტრულ, ხოლო ბირთვული ენერგია სუსტი და ძლიერი ურთიერთქმედების ენერგიად.

კინეტიკური

ნებისმიერი მოძრავი სხეული ხასიათდება კინეტიკური ენერგიის არსებობით. მას ხშირად მამოძრავებელ ძალას უწოდებენ. მოძრავი სხეულის ენერგია იკარგება, როდესაც ის შენელდება. ამრიგად, რაც უფრო მაღალია სიჩქარე, მით მეტია კინეტიკური ენერგია.

როდესაც მოძრავი სხეული სტაციონარული ობიექტთან შედის კონტაქტში, კინეტიკური ნაწილი გადადის ამ უკანასკნელზე, რაც იწვევს მის მოძრაობას. კინეტიკური ენერგიის ფორმულა შემდეგია:

• E k = mv 2: 2,
  სადაც m არის სხეულის მასა, v არის სხეულის სიჩქარე.

სიტყვებით, ეს ფორმულა შეიძლება გამოიხატოს შემდეგნაირად: ობიექტის კინეტიკური ენერგია უდრის მისი მასის ნამრავლის ნახევარს მისი სიჩქარის კვადრატში.

პოტენციალი

ამ ტიპის ენერგიას ფლობენ სხეულები, რომლებიც არიან რაიმე სახის ძალის ველში. ამრიგად, მაგნიტური ხდება მაშინ, როდესაც ობიექტი ექვემდებარება მაგნიტურ ველს. დედამიწაზე ყველა სხეულს აქვს პოტენციური გრავიტაციული ენერგია.

კვლევის ობიექტების თვისებებიდან გამომდინარე, მათ შეიძლება ჰქონდეთ სხვადასხვა ტიპის პოტენციური ენერგია. ამრიგად, ელასტიურ და დრეკად სხეულებს, რომლებსაც შეუძლიათ გაჭიმვა, აქვთ ელასტიურობის ან დაძაბულობის პოტენციური ენერგია. ნებისმიერი დაცემული სხეული, რომელიც ადრე უმოძრაო იყო, კარგავს პოტენციალს და იძენს კინეტიკას. ამ შემთხვევაში, ამ ორი ტიპის სიდიდე ექვივალენტური იქნება. ჩვენი პლანეტის გრავიტაციულ ველში პოტენციური ენერგიის ფორმულას შემდეგი ფორმა ექნება:

• E გვ = mhg,
  სადაც m არის სხეულის წონა; h არის სხეულის მასის ცენტრის სიმაღლე ნულოვანი დონის ზემოთ; g არის თავისუფალი ვარდნის აჩქარება.

სიტყვებით, ეს ფორმულა შეიძლება გამოიხატოს შემდეგნაირად: დედამიწასთან ურთიერთქმედების ობიექტის პოტენციური ენერგია უდრის მისი მასის ნამრავლს, გრავიტაციის აჩქარებას და სიმაღლეს, რომელზეც ის მდებარეობს.

ეს სკალარული რაოდენობა არის მატერიალური წერტილის (სხეულის) ენერგიის რეზერვის მახასიათებელი, რომელიც მდებარეობს პოტენციურ ძალის ველში და გამოიყენება კინეტიკური ენერგიის მისაღებად ველის ძალების მუშაობის გამო. ზოგჯერ მას უწოდებენ კოორდინატულ ფუნქციას, რომელიც არის ტერმინი სისტემის ლანგრანგში (დინამიური სისტემის ლაგრანჟის ფუნქცია). ეს სისტემა აღწერს მათ ურთიერთქმედებას.

პოტენციური ენერგია უდრის ნულს სივრცეში მდებარე სხეულების გარკვეული კონფიგურაციისთვის. კონფიგურაციის არჩევანი განისაზღვრება შემდგომი გამოთვლების მოხერხებულობით და ეწოდება "პოტენციური ენერგიის ნორმალიზაცია".

ენერგიის შენარჩუნების კანონი

ფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე ძირითადი პოსტულატი არის ენერგიის კონსერვაციის კანონი. მისი თქმით, ენერგია არსაიდან ჩნდება და არსად ქრება. ის მუდმივად იცვლება ერთი ფორმიდან მეორეში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მხოლოდ ენერგიის ცვლილება ხდება. მაგალითად, ფანრის ბატარეის ქიმიური ენერგია გარდაიქმნება ელექტრო ენერგიად, ხოლო მისგან სინათლედ და სითბოში. სხვადასხვა საყოფაცხოვრებო ტექნიკა ელექტროენერგიას გარდაქმნის შუქად, სითბოდ ან ხმად. ყველაზე ხშირად ცვლილების საბოლოო შედეგი არის სითბო და სინათლე. ამის შემდეგ ენერგია მიდის მიმდებარე სივრცეში.

ენერგიის კანონს შეუძლია ახსნას მრავალი მეცნიერი, რომლებიც ამტკიცებენ, რომ სამყაროში ენერგიის მთლიანი მოცულობა მუდმივად უცვლელი რჩება. ვერავინ შეძლებს ენერგიის ხელახლა შექმნას ან განადგურებას. მისი ერთ-ერთი ტიპის წარმოებისას ადამიანები იყენებენ საწვავის ენერგიას, ჩამოვარდნილ წყალს და ატომს. ამ შემთხვევაში, მისი ერთი ტიპი იქცევა მეორეში.

1918 წელს მეცნიერებმა შეძლეს დაემტკიცებინათ, რომ ენერგიის შენარჩუნების კანონი არის დროის მთარგმნელობითი სიმეტრიის მათემატიკური შედეგი - კონიუგირებული ენერგიის მნიშვნელობა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ენერგია ინახება, რადგან ფიზიკის კანონები არ განსხვავდება სხვადასხვა დროს.

ენერგიის მახასიათებლები

ენერგია არის სხეულის უნარი აკეთოს სამუშაო. დახურულ ფიზიკურ სისტემებში ის ინახება მთელი დროის განმავლობაში (სანამ სისტემა დახურულია) და წარმოადგენს მოძრაობის სამი დანამატიდან ერთ-ერთ ინტეგრალს, რომელიც ინარჩუნებს თავის მნიშვნელობას მოძრაობის დროს. ესენია: ენერგია, მომენტი „ენერგიის“ ცნების დანერგვა მიზანშეწონილია, როდესაც ფიზიკური სისტემა დროში ერთგვაროვანია.

სხეულების შინაგანი ენერგია

ეს არის მოლეკულური ურთიერთქმედების და მოლეკულების თერმული მოძრაობების ენერგიის ჯამი, რომლებიც მას ქმნიან. მისი პირდაპირ გაზომვა შეუძლებელია, რადგან ეს არის სისტემის მდგომარეობის უნიკალური ფუნქცია. როდესაც სისტემა აღმოჩნდება მოცემულ მდგომარეობაში, მის შინაგან ენერგიას აქვს თანდაყოლილი ღირებულება, მიუხედავად სისტემის არსებობის ისტორიისა. შიდა ენერგიის ცვლილება ერთი ფიზიკური მდგომარეობიდან მეორეზე გადასვლისას ყოველთვის უდრის მის მნიშვნელობებს შორის სხვაობას საბოლოო და საწყის მდგომარეობებში.

გაზის შიდა ენერგია

გარდა მყარი ნივთიერებებისა, გაზებს აქვთ ენერგიაც. იგი წარმოადგენს სისტემის ნაწილაკების თერმული (ქაოტური) მოძრაობის კინეტიკურ ენერგიას, რომელიც მოიცავს ატომებს, მოლეკულებს, ელექტრონებს და ბირთვებს. იდეალური აირის შიდა ენერგია (აირის მათემატიკური მოდელი) არის მისი ნაწილაკების კინეტიკური ენერგიების ჯამი. ამ შემთხვევაში მხედველობაში მიიღება თავისუფლების ხარისხების რაოდენობა, რაც არის დამოუკიდებელი ცვლადების რაოდენობა, რომლებიც განსაზღვრავენ მოლეკულის პოზიციას სივრცეში.

ყოველწლიურად კაცობრიობა სულ უფრო მეტ ენერგორესურსს მოიხმარს. ყველაზე ხშირად, ნამარხი ნახშირწყალბადები, როგორიცაა ქვანახშირი, ნავთობი და გაზი, გამოიყენება ჩვენი სახლების განათებისა და გათბობისთვის, მანქანების მუშაობისთვის და სხვადასხვა მექანიზმებისთვის საჭირო ენერგიის მისაღებად. ისინი მიეკუთვნებიან არაგანახლებადი რესურსებს.

სამწუხაროდ, ჩვენი პლანეტის ენერგიის მხოლოდ მცირე ნაწილი მოდის განახლებადი რესურსებიდან, როგორიცაა წყალი, ქარი და მზე. დღეს მათი წილი ენერგეტიკულ სექტორში მხოლოდ 5%-ია. ხალხი კიდევ 3%-ს ატომურ ელექტროსადგურებში წარმოებული ატომური ენერგიის სახით იღებს.

მათ აქვთ შემდეგი რეზერვები (ჯოულებში):

• ბირთვული ენერგია - 2 x 10 24;
• გაზისა და ნავთობის ენერგია - 2 x 10 23;
• პლანეტის შიდა სითბო არის 5 x 10 20.

დედამიწის განახლებადი რესურსების წლიური ღირებულება:

• მზის ენერგია - 2 x 10 24;
• ქარი - 6 x 10 21;
• მდინარეები - 6,5 x 10 19;
• ზღვის მოქცევა - 2.5 x 10 23.

მხოლოდ დედამიწის არაგანახლებადი ენერგეტიკული რეზერვებიდან განახლებადზე დროული გადასვლის შემთხვევაში კაცობრიობას აქვს ჩვენს პლანეტაზე ხანგრძლივი და ბედნიერი არსებობის შანსი. მოწინავე განვითარების განსახორციელებლად, მეცნიერები მთელს მსოფლიოში აგრძელებენ ენერგიის სხვადასხვა თვისებების გულდასმით შესწავლას.

სხეულებს შორის ურთიერთქმედების ენერგია. სხეულს არ შეუძლია ჰქონდეს პოტენციური ენერგია. განისაზღვრება სხვა სხეულის სხეულზე მოქმედი ძალით. ვინაიდან ურთიერთქმედება სხეულები თანაბარი უფლებებით, მაშინ პოტენციური ენერგიამხოლოდ ურთიერთდამოკიდებულ სხეულებს აქვთ.

ა = ფს = მგ (სთ 1 - სთ 2).

ახლა განვიხილოთ სხეულის მოძრაობა დახრილი სიბრტყის გასწვრივ. როდესაც სხეული მოძრაობს დახრილ სიბრტყეში, გრავიტაცია მუშაობს

ა = mgscosα.

ფიგურიდან ირკვევა, რომ სcosα = თ, აქედან გამომდინარე

ა = მგთ.

გამოდის, რომ გრავიტაციის მიერ შესრულებული სამუშაო არ არის დამოკიდებული სხეულის ტრაექტორიაზე.

Თანასწორობა ა = მგ (სთ 1 - სთ 2) შეიძლება დაიწეროს ფორმაში ა = - (მგთ 2 - მგ თ 1 ).

ანუ სიმძიმის მუშაობა სხეულის მასით გადაადგილებისას მწერტილიდან სთ 1ზუსტად სთ 2ნებისმიერი ტრაექტორიის გასწვრივ უდრის ცვლილებას ზოგიერთი ფიზიკური სიდიდის მგჰსაპირისპირო ნიშნით.

ფიზიკური სიდიდე, რომელიც ტოლია სხეულის მასის ნამრავლს თავისუფალი ვარდნის აჩქარების მოდულით და იმ სიმაღლეზე, რომლითაც სხეული ამაღლებულია დედამიწის ზედაპირზე, სხეულის პოტენციური ენერგია ეწოდება.

პოტენციური ენერგია აღინიშნება ე რ. ე რ = მგჰ, აქედან გამომდინარე:

ა = - (ერ 2 - ერ 1 ).

სხეულს შეიძლება ჰქონდეს როგორც დადებითი, ასევე უარყოფითი პოტენციური ენერგია. Სხეულის მასა მსიღრმეზე თდედამიწის ზედაპირიდან აქვს უარყოფითი პოტენციური ენერგია: ე რ = - მგჰ.

განვიხილოთ ელასტიურად დეფორმირებული სხეულის პოტენციური ენერგია.

მიამაგრეთ იგი ზამბარზე სიმყარით კდაბლოკეთ, გაჭიმეთ ზამბარა და გაათავისუფლეთ ბლოკი. დრეკადი ძალის მოქმედებით, დაჭიმული ზამბარა გაააქტიურებს ბლოკს და გადააადგილებს მას გარკვეულ მანძილზე. გამოვთვალოთ ზამბარის დრეკადობის ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო გარკვეული საწყისი მნიშვნელობიდან x 1დასასრულამდე x 2.

ელასტიური ძალა იცვლება გაზაფხულის დეფორმაციის დროს. ელასტიური ძალის მიერ შესრულებული სამუშაოს საპოვნელად, შეგიძლიათ აიღოთ ძალის მოდულის საშუალო მნიშვნელობისა და გადაადგილების მოდულის ნამრავლი:

ა = F u.sr(x 1 - x 2).

ვინაიდან დრეკადობის ძალა ზამბარის დეფორმაციის პროპორციულია, მისი მოდულის საშუალო მნიშვნელობა უდრის

ამ გამოთქმის ჩანაცვლებით ძალის მუშაობის ფორმულაში, მივიღებთ:

ფიზიკური სიდიდე, რომელიც უდრის სხეულის სიმტკიცის ნამრავლის ნახევარს მისი დეფორმაციის კვადრატით, ეწოდება პოტენციური ენერგიაელასტიურად დეფორმირებული სხეული:

საიდან გამომდინარეობს, რომ ა = - (E p2 - E p1).

მაგნიტუდის მსგავსად მგჰ, პოტენციური ენერგიაელასტიურად დეფორმირებული სხეული დამოკიდებულია კოორდინატებზე, ვინაიდან x 1 და x 2 არის ზამბარის გაგრძელება და ამავე დროს გაზაფხულის დასასრულის კოორდინატები. აქედან გამომდინარე, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ პოტენციური ენერგია ყველა შემთხვევაში დამოკიდებულია კოორდინატებზე.