ვინ არის ენერგიის შენარჩუნების კანონი? ენერგიის შენარჩუნების კანონი: აღწერა და მაგალითები. ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიის შენარჩუნების კანონი

ენერგია არის სკალარული სიდიდე. SI ენერგიის ერთეული არის ჯოული.

კინეტიკური და პოტენციური ენერგია

არსებობს ორი სახის ენერგია - კინეტიკური და პოტენციური.

განმარტება

Კინეტიკური ენერგია- ეს არის ენერგია, რომელსაც სხეული ფლობს მისი მოძრაობის გამო:

განმარტება

Პოტენციური ენერგიაარის ენერგია, რომელიც განისაზღვრება სხეულების ფარდობითი პოზიციით, ასევე ამ სხეულებს შორის ურთიერთქმედების ძალების ბუნებით.

დედამიწის გრავიტაციულ ველში პოტენციური ენერგია არის ენერგია, რომელიც გამოწვეულია სხეულის გრავიტაციული ურთიერთქმედებით დედამიწასთან. იგი განისაზღვრება სხეულის პოზიციით დედამიწასთან მიმართებაში და უდრის სხეულის მოცემული პოზიციიდან ნულოვან დონეზე გადატანის სამუშაოს:

პოტენციური ენერგია არის ენერგია, რომელიც გამოწვეულია სხეულის ნაწილების ერთმანეთთან ურთიერთქმედებით. იგი უდრის გარე ძალების მუშაობას არადეფორმირებული ზამბარის დაჭიმვისას (შეკუმშვისას) ოდენობით:

სხეულს შეუძლია ერთდროულად ფლობდეს როგორც კინეტიკური, ასევე პოტენციური ენერგია.

სხეულის ან სხეულთა სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგია უდრის სხეულის კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის ჯამს (სხეულების სისტემა):

ენერგიის შენარჩუნების კანონი

სხეულთა დახურული სისტემისთვის მოქმედებს ენერგიის შენარჩუნების კანონი:

იმ შემთხვევაში, როდესაც სხეულზე (ან სხეულთა სისტემაზე) მოქმედებს გარე ძალები, მაგალითად, მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი არ არის დაცული. ამ შემთხვევაში სხეულის (სხეულების სისტემის) მთლიანი მექანიკური ენერგიის ცვლილება უდრის გარე ძალებს:

ენერგიის შენარჩუნების კანონი საშუალებას გვაძლევს დავამყაროთ რაოდენობრივი კავშირი მატერიის მოძრაობის სხვადასხვა ფორმას შორის. ისევე, როგორც , ის მოქმედებს არა მხოლოდ, არამედ ყველა ბუნებრივი მოვლენისთვის. ენერგიის შენარჩუნების კანონი ამბობს, რომ ბუნებაში ენერგია არ შეიძლება განადგურდეს ისევე, როგორც არ შეიძლება შეიქმნას არაფრისგან.

მისი ყველაზე ზოგადი ფორმით, ენერგიის შენარჩუნების კანონი შეიძლება ჩამოყალიბდეს შემდეგნაირად:

• ბუნებაში ენერგია არ ქრება და ხელახლა არ იქმნება, არამედ მხოლოდ ერთი სახეობიდან მეორეში გარდაიქმნება.

პრობლემის გადაჭრის მაგალითები

მაგალითი 1

მაგალითი 2

სხეულთა დახურული სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგია უცვლელი რჩება.

ბუნებაში მომხდარ ყველა ფენომენში ენერგია არც ჩნდება და არც ქრება. ის მხოლოდ ერთი ტიპიდან მეორეში გარდაიქმნება, ხოლო მისი მნიშვნელობა იგივე რჩება.

ენერგიის შენარჩუნების კანონი- ბუნების ფუნდამენტური კანონი, რომელიც მდგომარეობს იმაში, რომ იზოლირებული ფიზიკური სისტემისთვის შეიძლება შემოვიდეს სკალარული ფიზიკური რაოდენობა, რომელიც არის სისტემის პარამეტრების ფუნქცია და ეწოდება ენერგია, რომელიც დროთა განმავლობაში შენარჩუნებულია. ვინაიდან ენერგიის შენარჩუნების კანონი არ ვრცელდება კონკრეტულ რაოდენობებზე და ფენომენებზე, მაგრამ ასახავს ზოგად ნიმუშს, რომელიც გამოიყენება ყველგან და ყოველთვის, მას შეიძლება ეწოდოს არა კანონი, არამედ ენერგიის შენარჩუნების პრინციპი.

მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი

მექანიკაში ენერგიის შენარჩუნების კანონი ამბობს, რომ ნაწილაკების დახურულ სისტემაში მთლიანი ენერგია, რომელიც არის კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის ჯამი და დროზე არ არის დამოკიდებული, ანუ არის მოძრაობის ინტეგრალი. ენერგიის შენარჩუნების კანონი მოქმედებს მხოლოდ დახურულ სისტემებზე, ანუ გარე ველების ან ურთიერთქმედების არარსებობის შემთხვევაში.

სხეულებს შორის ურთიერთქმედების ძალებს, რომლებისთვისაც დაცულია მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი, ეწოდება კონსერვატიული ძალები. მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი არ არის დაკმაყოფილებული ხახუნის ძალებისთვის, რადგან ხახუნის ძალების არსებობისას მექანიკური ენერგია გარდაიქმნება თერმულ ენერგიად.

მათემატიკური ფორმულირება

მატერიალური წერტილების მექანიკური სისტემის ევოლუცია \(m_i\) მასებით ნიუტონის მეორე კანონის მიხედვით აკმაყოფილებს განტოლებათა სისტემას.

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

სად
\(\mathbf(v)_i \) არის მატერიალური წერტილების სიჩქარე, ხოლო \(\mathbf(F)_i \) არის ამ წერტილებზე მოქმედი ძალები.

თუ ძალებს წარმოვადგენთ პოტენციური ძალების \(\mathbf(F)_i^p \) და არაპოტენციური ძალების ჯამს \(\mathbf(F)_i^d \) და დავწერთ პოტენციურ ძალებს ფორმაში.

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

შემდეგ, ყველა განტოლების გამრავლებით \(\mathbf(v)_i \) შეგვიძლია მივიღოთ

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

განტოლების მარჯვენა მხარეს პირველი ჯამი სხვა არაფერია, თუ არა რთული ფუნქციის დროითი წარმოებული და, შესაბამისად, თუ შემოვიყვანთ აღნიშვნას

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

და დაასახელეთ ეს მნიშვნელობა მექანიკური ენერგია, მაშინ t=0 დროიდან t დრომდე განტოლებების ინტეგრირებით შეგვიძლია მივიღოთ

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

სადაც ინტეგრაცია ხორციელდება მატერიალური წერტილების მოძრაობის ტრაექტორიების გასწვრივ.

ამრიგად, მატერიალური წერტილების სისტემის მექანიკური ენერგიის ცვლილება დროთა განმავლობაში უდრის არაპოტენციური ძალების მუშაობას.

მექანიკაში ენერგიის შენარჩუნების კანონი დაკმაყოფილებულია მხოლოდ სისტემებისთვის, რომლებშიც ყველა ძალა პოტენციურია.

ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიის შენარჩუნების კანონი

ელექტროდინამიკაში ენერგიის შენარჩუნების კანონი ისტორიულად ჩამოყალიბებულია პოინტინგის თეორემის სახით.

გარკვეულ მოცულობაში შემავალი ელექტრომაგნიტური ენერგიის ცვლილება გარკვეული დროის ინტერვალით უდრის ელექტრომაგნიტური ენერგიის ნაკადს ზედაპირზე, რომელიც ზღუდავს ამ მოცულობას და ამ მოცულობაში გამოთავისუფლებული თერმული ენერგიის რაოდენობას, აღებული საპირისპირო ნიშნით.

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

ელექტრომაგნიტურ ველს აქვს ენერგია, რომელიც ნაწილდება ველის მიერ დაკავებულ სივრცეში. როდესაც იცვლება ველის მახასიათებლები, იცვლება ენერგიის განაწილებაც. იგი მიედინება სივრცის ერთი არედან მეორეში, შესაძლოა გარდაიქმნას სხვა ფორმებად. ენერგიის შენარჩუნების კანონირადგან ელექტრომაგნიტური ველი არის ველის განტოლებების შედეგი.

რაღაც დახურული ზედაპირის შიგნით S,სივრცის რაოდენობის შეზღუდვა ვოკუპირებული ველი შეიცავს ენერგიას ვ- ელექტრომაგნიტური ველის ენერგია:

W=Σ(εε 0 E i 2/2 +μμ 0 H i 2/2)ΔV i.

თუ ამ მოცულობაში არის დენები, მაშინ ელექტრული ველი წარმოქმნის მუშაობას მოძრავ მუხტებზე ტოლი

N=Σ მეj̅ i ×E̅ i . ΔV i.

ეს არის ველის ენერგიის რაოდენობა, რომელიც გარდაიქმნება სხვა ფორმებად. მაქსველის განტოლებიდან გამომდინარეობს, რომ

ΔW + NΔt = -Δt∮ სS̅ × n̅. dA,

სად ΔW— დროთა განმავლობაში განსახილველ მოცულობაში ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიის ცვლილება Δt,ვექტორი სა = ე × ჰადაურეკა მაჩვენებლის ვექტორი.

ეს ენერგიის შენარჩუნების კანონი ელექტროდინამიკაში.

მცირე ფართობის მეშვეობით ზომა ΔAერთეული ნორმალური ვექტორით n̅დროის ერთეულზე ვექტორის მიმართულებით n̅ენერგიის ნაკადები სა × n̅.ΔA,სად სა- მნიშვნელობა მაჩვენებლის ვექტორისაიტის ფარგლებში. ამ რაოდენობების ჯამი დახურული ზედაპირის ყველა ელემენტზე (ჩამოთვლილი ინტეგრალური ნიშნით), რომელიც დგას თანასწორობის მარჯვენა მხარეს, წარმოადგენს ენერგიას, რომელიც მიედინება ზედაპირით შეზღუდული მოცულობიდან დროის ერთეულზე (თუ ეს რაოდენობა უარყოფითია. , შემდეგ ენერგია მიედინება მოცულობაში). მაჩვენებლის ვექტორიგანსაზღვრავს ელექტრომაგნიტური ველის ენერგიის ნაკადს ადგილზე, ის არ არის ნულოვანი ყველგან, სადაც ელექტრული და მაგნიტური ველის სიძლიერის ვექტორები არ არის ნულოვანი.

ელექტროენერგიის პრაქტიკული გამოყენების სამი ძირითადი სფერო შეიძლება გამოიყოს: ინფორმაციის გადაცემა და ტრანსფორმაცია (რადიო, ტელევიზია, კომპიუტერები), იმპულსური და კუთხური იმპულსის გადაცემა (ელექტროძრავები), ენერგიის ტრანსფორმაცია და გადაცემა (ელექტრო გენერატორები და ელექტროგადამცემი ხაზები). ორივე იმპულსი და ენერგია გადადის ველის მიერ ცარიელი სივრცის საშუალებით. ენერგია არ გადაეცემა სადენებით! დენის მატარებელი მავთულები საჭიროა ისეთი კონფიგურაციის ელექტრული და მაგნიტური ველების შესაქმნელად, რომ ენერგიის ნაკადი, რომელიც განსაზღვრულია პოინტინგის ვექტორებით სივრცის ყველა წერტილში, მიმართული იყოს ენერგიის წყაროდან მომხმარებელზე. ენერგია შეიძლება გადაიცეს მავთულის გარეშე, შემდეგ ის ელექტრომაგნიტური ტალღებით გადაიცემა. (მზის შინაგანი ენერგია მცირდება და მიჰყავს ელექტრომაგნიტური ტალღები, ძირითადად სინათლე. ამ ენერგიის ნაწილის წყალობით დედამიწაზე სიცოცხლე მხარდაჭერილია).

ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი ფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი პოსტულატია. განვიხილოთ მისი გარეგნობის ისტორია, ასევე გამოყენების ძირითადი სფეროები.

ისტორიის გვერდები

ჯერ გავარკვიოთ, ვინ აღმოაჩინა ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი. 1841 წელს ინგლისელმა ფიზიკოსმა ჯულმა და რუსმა მეცნიერმა ლენცმა ჩაატარეს პარალელური ექსპერიმენტები, რის შედეგადაც მეცნიერებმა შეძლეს პრაქტიკაში გარკვევა მექანიკურ მუშაობასა და სითბოს შორის ურთიერთობის შესახებ.

ჩვენი პლანეტის სხვადასხვა კუთხეში ფიზიკოსების მიერ ჩატარებულმა მრავალრიცხოვანმა კვლევამ წინასწარ განსაზღვრა ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონის აღმოჩენა. მეცხრამეტე საუკუნის შუა ხანებში გერმანელმა მეცნიერმა მაიერმა მისცა მისი ფორმულირება. მეცნიერი ცდილობდა შეეჯამებინა ყველა ინფორმაცია ელექტროენერგიის, მექანიკური მოძრაობის, მაგნეტიზმისა და ადამიანის ფიზიოლოგიის შესახებ, რომელიც იმ დროს არსებობდა.

დაახლოებით იმავე პერიოდში მსგავსი აზრები გამოთქვეს დანიის, ინგლისისა და გერმანიის მეცნიერებმა.

ექსპერიმენტები სითბოსთან

სითბოს შესახებ იდეების მრავალფეროვნების მიუხედავად, მისი სრული გაგება მხოლოდ რუსმა მეცნიერმა მიხაილ ვასილიევიჩ ლომონოსოვმა მისცა. მისი თანამედროვეები არ უჭერდნენ მხარს მის იდეებს, მათ სჯეროდათ, რომ სითბო არ იყო დაკავშირებული მატერიის შემადგენელი უმცირესი ნაწილაკების მოძრაობასთან.

ლომონოსოვის მიერ შემოთავაზებული მექანიკური ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი მხარდაჭერილი იქნა მხოლოდ მას შემდეგ, რაც, ექსპერიმენტების დროს, რამფორდმა შეძლო დაემტკიცებინა ნაწილაკების მოძრაობის არსებობა მატერიის შიგნით.

სითბოს მისაღებად ფიზიკოსი დეივი ცდილობდა ყინულის დნობას ორი ნაჭერი ყინულის ერთმანეთზე შეხებით. მან წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომლის მიხედვითაც სითბო განიხილებოდა, როგორც მატერიის ნაწილაკების რხევითი მოძრაობა.

მაიერის აზრით, ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი ითვალისწინებდა სითბოს გამომწვევი ძალების უცვლელობას. ეს იდეა გააკრიტიკეს სხვა მეცნიერებმა, რომლებმაც გაიხსენეს, რომ ძალა დაკავშირებულია სიჩქარესთან და მასასთან, შესაბამისად, მისი ღირებულება არ შეიძლება დარჩეს მუდმივ მნიშვნელობად.

მეცხრამეტე საუკუნის ბოლოს მაიერმა თავისი იდეები შეაჯამა პამფლეტში და ცდილობდა გადაეჭრა სითბოს აქტუალური პრობლემა. როგორ გამოიყენებოდა იმ დროს ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი? მექანიკაში არ არსებობდა კონსენსუსი ენერგიის მოპოვებისა და გარდაქმნის მეთოდებზე, ამიტომ მეცხრამეტე საუკუნის ბოლომდე ეს საკითხი ღია რჩებოდა.

კანონის თვისება

ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი ერთ-ერთი ფუნდამენტურია, რომელიც გარკვეულ პირობებში საშუალებას იძლევა გავზომოთ ფიზიკური რაოდენობები. მას უწოდებენ თერმოდინამიკის პირველ კანონს, რომლის მთავარი ობიექტია ამ სიდიდის კონსერვაცია იზოლირებული სისტემის პირობებში.

ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი აყალიბებს კავშირს თერმული ენერგიის რაოდენობას შორის, რომელიც შედის სხვადასხვა ნივთიერების ურთიერთქმედების ზონაში იმ რაოდენობასთან, რომელიც ტოვებს ამ ზონას.

ერთი ტიპის ენერგიის მეორეზე გადასვლა არ ნიშნავს, რომ ის ქრება. არა, შეიმჩნევა მხოლოდ მისი სხვა ფორმაში გადაქცევა.

ამ შემთხვევაში არის ურთიერთობა: სამუშაო - ენერგია. ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი ითვალისწინებს ამ სიდიდის მუდმივობას (მისი მთლიანი რაოდენობა) ამ გარემოში მიმდინარე ნებისმიერი პროცესის დროს, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ერთი ტიპის მეორეზე გადასვლის პროცესში შეინიშნება რაოდენობრივი ეკვივალენტობა. სხვადასხვა ტიპის მოძრაობის რაოდენობრივი აღწერის მიზნით ფიზიკაში დაინერგა ბირთვული, ქიმიური, ელექტრომაგნიტური და თერმული ენერგია.

თანამედროვე ფორმულირება

როგორ იკითხება დღეს ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი? კლასიკური ფიზიკა გთავაზობთ ამ პოსტულატის მათემატიკურ წარმოდგენას თერმოდინამიკური დახურული სისტემის მდგომარეობის განზოგადებული განტოლების სახით:

ეს განტოლება გვიჩვენებს, რომ დახურული სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგია განისაზღვრება, როგორც კინეტიკური, პოტენციური და შიდა ენერგიების ჯამი.

ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი, რომლის ფორმულა ზემოთ იყო წარმოდგენილი, ხსნის ამ ფიზიკური სიდიდის უცვლელობას დახურულ სისტემაში.

მათემატიკური აღნიშვნის მთავარი მინუსი არის მისი შესაბამისობა მხოლოდ დახურული თერმოდინამიკური სისტემისთვის.

ღია სისტემები

თუ გავითვალისწინებთ ნამატების პრინციპს, სავსებით შესაძლებელია ენერგიის შენარჩუნების კანონის გავრცელება ღია მარყუჟის ფიზიკურ სისტემებზე. ეს პრინციპი გირჩევთ ჩამოწეროთ მათემატიკური განტოლებები, რომლებიც დაკავშირებულია სისტემის მდგომარეობის აღწერასთან არა აბსოლუტური თვალსაზრისით, არამედ მათი რიცხვითი ნამატებით.

ენერგიის ყველა ფორმის სრულად გათვალისწინების მიზნით, შემოთავაზებული იყო იდეალური სისტემის კლასიკურ განტოლებას დაემატოს ენერგიის ნამატების ჯამი, რომელიც გამოწვეულია გაანალიზებული სისტემის მდგომარეობის ცვლილებებით სხვადასხვა ფორმის გავლენის ქვეშ. ველი.

განზოგადებულ ვერსიაში ასე გამოიყურება:

dW = Σi Ui dqi + Σj Uj dqj

სწორედ ეს განტოლება ითვლება ყველაზე სრულყოფილად თანამედროვე ფიზიკაში. სწორედ ეს გახდა ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონის საფუძველი.

მნიშვნელობა

მეცნიერებაში არ არსებობს გამონაკლისი ამ კანონისგან, ის მართავს ყველა ბუნებრივ მოვლენას. სწორედ ამ პოსტულატის საფუძველზე შეიძლება წამოვაყენოთ ჰიპოთეზები სხვადასხვა ძრავების შესახებ, მათ შორის მუდმივი მექანიზმის განვითარების რეალობის უარყოფა. ის შეიძლება გამოყენებულ იქნას ყველა შემთხვევაში, როდესაც აუცილებელია ერთი ტიპის ენერგიის მეორეზე გადასვლის ახსნა.

გამოყენება მექანიკაში

როგორ იკითხება ამჟამად ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი? მისი არსი მდგომარეობს ამ რაოდენობის ერთი ტიპის მეორეზე გადასვლაში, მაგრამ ამავე დროს მისი ზოგადი მნიშვნელობა უცვლელი რჩება. იმ სისტემებს, რომლებშიც ტარდება მექანიკური პროცესები, ეწოდება კონსერვატიული. ასეთი სისტემები იდეალიზებულია, ანუ ისინი არ ითვალისწინებენ ხახუნის ძალებს და სხვა სახის წინააღმდეგობას, რაც იწვევს მექანიკური ენერგიის გაფანტვას.

კონსერვატიულ სისტემაში ხდება პოტენციური ენერგიის მხოლოდ ორმხრივი გადასვლები კინეტიკურ ენერგიად.

ძალების მუშაობა, რომლებიც მოქმედებენ სხეულზე ასეთ სისტემაში, არ არის დაკავშირებული ბილიკის ფორმასთან. მისი ღირებულება დამოკიდებულია სხეულის საბოლოო და საწყის პოზიციაზე. ფიზიკაში ამ ტიპის ძალების მაგალითად განიხილება გრავიტაცია. კონსერვატიულ სისტემაში დახურულ მონაკვეთში ძალის მიერ შესრულებული სამუშაოს რაოდენობა ნულის ტოლია და ენერგიის შენარჩუნების კანონი მოქმედებს შემდეგი სახით: „კონსერვატიულ დახურულ სისტემაში პოტენციალისა და კინეტიკური ენერგიის ჯამი. ორგანოები, რომლებიც ქმნიან სისტემას, უცვლელი რჩება“.

მაგალითად, სხეულის თავისუფალი ვარდნის შემთხვევაში, პოტენციური ენერგია გარდაიქმნება კინეტიკურ ფორმაში, ხოლო ამ ტიპების საერთო ღირებულება არ იცვლება.

ბოლოს და ბოლოს

მექანიკური მუშაობა შეიძლება ჩაითვალოს მექანიკური მოძრაობის ურთიერთგადასვლის ერთადერთ გზად მატერიის სხვა ფორმებში.

ამ კანონმა იპოვა გამოყენება ტექნოლოგიაში. მანქანის ძრავის გამორთვის შემდეგ ხდება კინეტიკური ენერგიის თანდათანობითი დაკარგვა, რასაც მოჰყვება ავტომობილის გაჩერება. კვლევებმა აჩვენა, რომ ამ შემთხვევაში გამოიყოფა სითბოს გარკვეული რაოდენობა, შესაბამისად, გახეხილი სხეულები თბება, იზრდება მათი შინაგანი ენერგია. ხახუნის ან მოძრაობის მიმართ რაიმე წინააღმდეგობის შემთხვევაში შეინიშნება მექანიკური ენერგიის შიდა სიდიდეზე გადასვლა, რაც მიუთითებს კანონის სისწორეზე.

მისი თანამედროვე ფორმულირება ასე გამოიყურება: „იზოლირებული სისტემის ენერგია არ ქრება არსად, არ ჩნდება არსაიდან. სისტემაში არსებულ ნებისმიერ ფენომენში ხდება ენერგიის ერთი სახეობიდან მეორეზე გადასვლა, ერთი სხეულიდან მეორეზე გადასვლა, რაოდენობრივი ცვლილების გარეშე“.

ამ კანონის აღმოჩენის შემდეგ, ფიზიკოსები არ ტოვებენ იდეას შექმნან მუდმივი მოძრაობის მანქანა, რომელშიც დახურულ ციკლში არ შეიცვლება სისტემის მიერ მიმდებარე სამყაროში გადაცემული სითბოს რაოდენობა. გარედან მიღებულ სითბოსთან შედარებით. ასეთი მანქანა შეიძლება გახდეს სითბოს ამოუწურავი წყარო, კაცობრიობის ენერგეტიკული პრობლემის გადაჭრის გზა.

თუ რაღაც m მასის სხეული მოძრაობდა გამოყენებული ძალების მოქმედებით და მისი სიჩქარე იცვლებოდა მდე, მაშინ ძალებმა შეასრულეს გარკვეული სამუშაო A.

ყველა გამოყენებული ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო ტოლია შედეგიანი ძალის მიერ შესრულებულ სამუშაოს

არსებობს კავშირი სხეულის სიჩქარის ცვლილებასა და სხეულზე მიმართული ძალების მიერ შესრულებულ სამუშაოს შორის. ეს კავშირი ყველაზე ადვილად მყარდება მუდმივი ძალის გავლენის ქვეშ მყოფი სხეულის მოძრაობის გათვალისწინებით. მოძრაობა. მოძრაობის ხაზის გასწვრივ კოორდინატთა ღერძის მიმართვით F, s, υ და a შეიძლება ჩაითვალოს ალგებრულ სიდიდეებად (დადებითი ან უარყოფითი შესაბამისი ვექტორის მიმართულებიდან გამომდინარე). მაშინ ძალის მუშაობა შეიძლება დაიწეროს როგორც A = Fs. თანაბრად აჩქარებული მოძრაობით, გადაადგილება s გამოიხატება ფორმულით

ეს გამოთქმა გვიჩვენებს, რომ ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო (ან ყველა ძალის შედეგი) დაკავშირებულია სიჩქარის კვადრატის ცვლილებასთან (და არა თავად სიჩქარის).

ფიზიკური სიდიდე, რომელიც უდრის სხეულის მასისა და მისი სიჩქარის კვადრატის ნამრავლის ნახევარს, ეწოდება კინეტიკური ენერგიასხეული:

ამ განცხადებას ე.წ კინეტიკური ენერგიის თეორემა. თეორემა კინეტიკურ ენერგიაზე ასევე მოქმედებს ზოგად შემთხვევაში, როდესაც სხეული მოძრაობს ცვალებადი ძალის გავლენით, რომლის მიმართულება არ ემთხვევა მოძრაობის მიმართულებას.

კინეტიკური ენერგია არის მოძრაობის ენერგია. სიჩქარით მოძრავი m მასის სხეულის კინეტიკური ენერგია უდრის სამუშაოს, რომელიც უნდა შეასრულოს მოსვენებულ სხეულზე მიმართული ძალით, რათა მას ეს სიჩქარე გადასცეს:

ფიზიკაში, კინეტიკურ ენერგიასთან ან მოძრაობის ენერგიასთან ერთად, კონცეფცია მნიშვნელოვან როლს ასრულებს პოტენციური ენერგიაან სხეულებს შორის ურთიერთქმედების ენერგია.

პოტენციური ენერგია განისაზღვრება სხეულების ფარდობითი პოზიციით (მაგალითად, სხეულის პოზიცია დედამიწის ზედაპირთან მიმართებაში). პოტენციური ენერგიის ცნება მხოლოდ ძალებისთვისაა შესაძლებელი რომლის მუშაობა არ არის დამოკიდებული მოძრაობის ტრაექტორიაზე და განისაზღვრება მხოლოდ სხეულის საწყისი და საბოლოო პოზიციებით. ასეთ ძალებს ე.წ კონსერვატიული.

დახურულ ტრაექტორიაზე კონსერვატიული ძალების მიერ შესრულებული სამუშაო ნულის ტოლია. ეს განცხადება ილუსტრირებულია ქვემოთ მოყვანილი ფიგურით.

გრავიტაციას და ელასტიურობას აქვს კონსერვატიზმის თვისება. ამ ძალებისთვის შეგვიძლია შემოვიტანოთ პოტენციური ენერგიის ცნება.

თუ სხეული მოძრაობს დედამიწის ზედაპირთან ახლოს, მაშინ მასზე მოქმედებს სიმძიმის ძალა, რომელიც მუდმივია სიდიდისა და მიმართულებით. ბილიკის ნებისმიერ მონაკვეთზე, გრავიტაციის მუშაობა შეიძლება ჩაიწეროს გადაადგილების ვექტორის პროგნოზებში OY ღერძზე, მიმართული ვერტიკალურად ზემოთ:

ეს ნამუშევარი უდრის საპირისპირო ნიშნით აღებული ზოგიერთი ფიზიკური რაოდენობის mgh ცვლილებას. ამ ფიზიკურ რაოდენობას ე.წ პოტენციური ენერგიასხეულები გრავიტაციულ ველში

იგი უდრის სიმძიმის მიერ შესრულებულ სამუშაოს სხეულის ნულოვან დონეზე დაწევისას.

თუ განვიხილავთ სხეულების მოძრაობას დედამიწის გრავიტაციულ ველში მისგან მნიშვნელოვან მანძილზე, მაშინ პოტენციური ენერგიის განსაზღვრისას აუცილებელია გავითვალისწინოთ გრავიტაციული ძალის დამოკიდებულება დედამიწის ცენტრამდე დაშორებაზე ( უნივერსალური მიზიდულობის კანონი). უნივერსალური მიზიდულობის ძალებისთვის მოსახერხებელია პოტენციური ენერგიის დათვლა უსასრულობის წერტილიდან, ანუ ვივარაუდოთ, რომ სხეულის პოტენციური ენერგია უსასრულოდ შორეულ წერტილში ნულის ტოლია. ფორმულა, რომელიც გამოხატავს მ მასის სხეულის პოტენციურ ენერგიას დედამიწის ცენტრიდან r დაშორებით:

სად M არის დედამიწის მასა, G არის გრავიტაციული მუდმივი.

პოტენციური ენერგიის კონცეფცია ასევე შეიძლება დაინერგოს ელასტიური ძალისთვის. ამ ძალას ასევე აქვს კონსერვატიულობის თვისება. ზამბარის გაჭიმვის (ან შეკუმშვისას) ამის გაკეთება შეგვიძლია სხვადასხვა გზით.

თქვენ შეგიძლიათ უბრალოდ გააფართოვოთ ზამბარა x ოდენობით, ან ჯერ გააფართოვოთ იგი 2x-ით და შემდეგ შეამციროთ გაფართოება x მნიშვნელობამდე და ა.შ. ზამბარა x საბოლოო მდგომარეობაში, თუ ზამბარა თავდაპირველად არადეფორმირებული იყო. ეს ნამუშევარი უდრის A გარე ძალის მუშაობას, აღებული საპირისპირო ნიშნით:

ელასტიურად დეფორმირებული სხეულის პოტენციური ენერგიაუდრის დრეკადობის ძალის მიერ შესრულებულ სამუშაოს მოცემული მდგომარეობიდან ნულოვანი დეფორმაციის მდგომარეობაში გადასვლისას.

თუ საწყის მდგომარეობაში ზამბარა უკვე დეფორმირებული იყო და მისი გახანგრძლივება ტოლი იყო x 1-ის, მაშინ დრეკადობით x 2 ახალ მდგომარეობაში გადასვლისას დრეკადობის ძალა შეასრულებს სამუშაოს ტოლი პოტენციური ენერგიის ცვლილებას, აღებული პირიქით. ნიშანი:

ელასტიური დეფორმაციის დროს პოტენციური ენერგია არის სხეულის ცალკეული ნაწილების ერთმანეთთან ურთიერთქმედების ენერგია ელასტიური ძალების მეშვეობით.

გრავიტაციასთან და ელასტიურობასთან ერთად, ზოგიერთ სხვა სახის ძალებს აქვთ კონსერვატიზმის თვისება, მაგალითად, დამუხტულ სხეულებს შორის ელექტროსტატიკური ურთიერთქმედების ძალა. ხახუნის ძალას ეს თვისება არ გააჩნია. ხახუნის ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო დამოკიდებულია განვლილ მანძილზე. ხახუნის ძალისთვის პოტენციური ენერგიის კონცეფციის დანერგვა შეუძლებელია.

სხეულების კინეტიკური და პოტენციური ენერგიის ჯამი, რომლებიც ქმნიან დახურულ სისტემას და ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან გრავიტაციული და ელასტიური ძალების მეშვეობით, უცვლელი რჩება.

ეს განცხადება გამოხატავს ენერგიის შენარჩუნების კანონი მექანიკურ პროცესებში. ეს არის ნიუტონის კანონების შედეგი. ჯამი E = E k + E p ეწოდება მთლიანი მექანიკური ენერგია. მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი დაკმაყოფილებულია მხოლოდ მაშინ, როდესაც დახურულ სისტემაში მყოფი სხეულები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან კონსერვატიული ძალებით, ანუ ძალებით, რომელთათვისაც შესაძლებელია პოტენციური ენერგიის ცნების შემოღება.

ენერგიის კონსერვაციის კანონის გამოყენების მაგალითია მსუბუქი გაუწელავი ძაფის მინიმალური სიძლიერის პოვნა, რომელიც ფლობს m მასის სხეულს ვერტიკალურ სიბრტყეში ბრუნვისას (ჰ. ჰაიგენსის პრობლემა). ბრინჯი. 1.20.1 განმარტავს ამ პრობლემის გადაწყვეტას.

სხეულის ენერგიის შენარჩუნების კანონი ტრაექტორიის ზედა და ქვედა წერტილებში იწერება:

ამ ურთიერთობებიდან გამომდინარეობს:

ძაფის სიძლიერე აშკარად უნდა აღემატებოდეს ამ მნიშვნელობას.

ძალზე მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონით შესაძლებელი გახდა სხეულის კოორდინატებსა და სიჩქარეებს შორის კავშირის მიღება ტრაექტორიის ორ სხვადასხვა წერტილში სხეულის მოძრაობის კანონის გაანალიზების გარეშე ყველა შუალედურ წერტილში. მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონის გამოყენებამ შეიძლება მნიშვნელოვნად გაამარტივოს მრავალი პრობლემის გადაჭრა.

რეალურ პირობებში, მოძრავ სხეულებზე თითქმის ყოველთვის მოქმედებს გრავიტაციულ ძალებთან, ელასტიურ ძალებთან და სხვა კონსერვატიულ ძალებთან ერთად, ხახუნის ძალები ან გარემოს წინააღმდეგობის ძალები.

ხახუნის ძალა არ არის კონსერვატიული. ხახუნის ძალის მიერ შესრულებული სამუშაო დამოკიდებულია ბილიკის სიგრძეზე.

თუ ხახუნის ძალები მოქმედებს სხეულებს შორის, რომლებიც ქმნიან დახურულ სისტემას, მაშინ მექანიკური ენერგია არ არის დაცული. მექანიკური ენერგიის ნაწილი გარდაიქმნება სხეულების შინაგან ენერგიად (გათბობა).

ნებისმიერი ფიზიკური ურთიერთქმედების დროს ენერგია არც ჩნდება და არც ქრება. ის უბრალოდ იცვლება ერთი ფორმიდან მეორეში.

ეს ექსპერიმენტულად დადგენილი ფაქტი გამოხატავს ბუნების ფუნდამენტურ კანონს - ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონი.

ენერგიის შენარჩუნებისა და ტრანსფორმაციის კანონის ერთ-ერთი შედეგია განცხადება "მუდმივი მოძრაობის მანქანის" (perpetuum mobile) შექმნის შეუძლებლობის შესახებ - მანქანა, რომელსაც შეუძლია განუსაზღვრელი ვადით მუშაობა ენერგიის მოხმარების გარეშე.

ენერგიის კონსერვაციის კანონი ამბობს, რომ სხეულის ენერგია არასოდეს ქრება და აღარ ჩნდება, ის მხოლოდ ერთი ტიპიდან მეორეზე გარდაიქმნება. ეს კანონი უნივერსალურია. მას აქვს საკუთარი ფორმულირება ფიზიკის სხვადასხვა დარგში. კლასიკური მექანიკა განიხილავს მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონს.

ფიზიკური სხეულების დახურული სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგია, რომელთა შორისაც მოქმედებს კონსერვატიული ძალები, არის მუდმივი მნიშვნელობა. ასე ყალიბდება ნიუტონის კანონი ენერგიის შენარჩუნების შესახებ.

დახურულ, ან იზოლირებულ ფიზიკურ სისტემად ითვლება ის, რომელზედაც გავლენას არ ახდენს გარე ძალები. არ ხდება ენერგიის გაცვლა მიმდებარე სივრცესთან და საკუთარი ენერგია, რომელიც მას ფლობს, უცვლელი რჩება, ანუ კონსერვირებულია. ასეთ სისტემაში მხოლოდ შინაგანი ძალები მოქმედებენ და სხეულები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. მასში შეიძლება მოხდეს მხოლოდ პოტენციური ენერგიის გარდაქმნა კინეტიკურ ენერგიად და პირიქით.

დახურული სისტემის უმარტივესი მაგალითია სნაიპერული თოფი და ტყვია.

მექანიკური ძალების სახეები

ძალები, რომლებიც მოქმედებენ მექანიკურ სისტემაში, ჩვეულებრივ იყოფა კონსერვატიულ და არაკონსერვატიულებად.

კონსერვატიულიგანიხილება ძალები, რომელთა მუშაობა არ არის დამოკიდებული სხეულის ტრაექტორიაზე, რომელზეც ისინი გამოიყენება, მაგრამ განისაზღვრება მხოლოდ ამ სხეულის საწყისი და საბოლოო პოზიციით. კონსერვატიულ ძალებსაც უწოდებენ პოტენციალი. დახურული მარყუჟის გასწვრივ ასეთი ძალების მიერ შესრულებული სამუშაო ნულის ტოლია. კონსერვატიული ძალების მაგალითები - გრავიტაცია, ელასტიური ძალა.

ყველა სხვა ძალას ეძახიან არაკონსერვატიული. Ესენი მოიცავს ხახუნის ძალა და წინააღმდეგობის ძალა. მათ ასევე უწოდებენ დისპაციურიძალები. ეს ძალები დახურულ მექანიკურ სისტემაში ნებისმიერი მოძრაობის დროს ასრულებენ უარყოფით მუშაობას და მათი მოქმედებით სისტემის მთლიანი მექანიკური ენერგია მცირდება (იფანტება). იგი გარდაიქმნება ენერგიის სხვა, არამექანიკურ ფორმებად, მაგალითად, სითბოში. ამრიგად, დახურულ მექანიკურ სისტემაში ენერგიის შენარჩუნების კანონი შეიძლება შესრულდეს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მასში არ არის არაკონსერვატიული ძალები.

მექანიკური სისტემის მთლიანი ენერგია შედგება კინეტიკური და პოტენციური ენერგიისგან და არის მათი ჯამი. ამ ტიპის ენერგიებს შეუძლიათ ერთმანეთში გარდაქმნა.

Პოტენციური ენერგია

Პოტენციური ენერგია ეწოდება ფიზიკური სხეულების ან მათი ნაწილების ერთმანეთთან ურთიერთქმედების ენერგია. იგი განისაზღვრება მათი ფარდობითი პოზიციით, ანუ მათ შორის მანძილით და უდრის სამუშაოს, რომელიც უნდა გაკეთდეს იმისათვის, რომ სხეული გადავიდეს საცნობარო წერტილიდან სხვა წერტილში კონსერვატიული ძალების მოქმედების ველში.

ნებისმიერ უმოძრაო ფიზიკურ სხეულს, რომელიც ამაღლებულია გარკვეულ სიმაღლეზე, აქვს პოტენციური ენერგია, რადგან მასზე მოქმედებს გრავიტაცია, რომელიც კონსერვატიული ძალაა. ასეთ ენერგიას ფლობს წყალი ჩანჩქერის პირას, ხოლო ციგა - მთის წვერზე.

საიდან გაჩნდა ეს ენერგია? სანამ ფიზიკური სხეული სიმაღლეზე იყო აყვანილი, სამუშაო გაკეთდა და ენერგია იხარჯებოდა. სწორედ ეს ენერგია ინახება ამაღლებულ სხეულში. ახლა კი ეს ენერგია მზად არის სამუშაოდ.

სხეულის პოტენციური ენერგიის რაოდენობა განისაზღვრება სიმაღლით, რომელზეც სხეული მდებარეობს რომელიმე საწყის დონესთან შედარებით. ჩვენ შეგვიძლია მივიღოთ ნებისმიერი წერტილი, რომელსაც ჩვენ ვირჩევთ, როგორც საცნობარო წერტილი.

თუ გავითვალისწინებთ სხეულის პოზიციას დედამიწასთან მიმართებაში, მაშინ დედამიწის ზედაპირზე სხეულის პოტენციური ენერგია ნულის ტოლია. და თავზე თ ის გამოითვლება ფორმულით:

E p = მ ɡ თ ,

სად მ - სხეულის მასა

ɡ - გრავიტაციის აჩქარება

თ - სხეულის მასის ცენტრის სიმაღლე დედამიწასთან შედარებით

ɡ = 9,8 მ/წმ 2

როდესაც სხეული სიმაღლიდან ეცემა სთ 1 სიმაღლემდე სთ 2 გრავიტაცია მუშაობს. ეს ნამუშევარი უდრის პოტენციური ენერგიის ცვლილებას და აქვს უარყოფითი მნიშვნელობა, ვინაიდან სხეულის დაცემისას პოტენციური ენერგიის რაოდენობა მცირდება.

A = - ( E p2 - E p1) = - ∆ E გვ ,

სად E p1 - სხეულის პოტენციური ენერგია სიმაღლეზე სთ 1 ,

E p2 - სხეულის პოტენციური ენერგია სიმაღლეზე სთ 2 .

თუ სხეული ამაღლებულია გარკვეულ სიმაღლეზე, მაშინ მუშაობა ხდება მიზიდულობის ძალების წინააღმდეგ. ამ შემთხვევაში მას აქვს დადებითი მნიშვნელობა. და სხეულის პოტენციური ენერგიის რაოდენობა იზრდება.

ელასტიურად დეფორმირებულ სხეულს (შეკუმშული ან დაჭიმული ზამბარა) ასევე აქვს პოტენციური ენერგია. მისი ღირებულება დამოკიდებულია ზამბარის სიმტკიცეზე და სიგრძეზე, რომელზედაც იგი იყო შეკუმშული ან დაჭიმული და განისაზღვრება ფორმულით:

E p = k·(∆x) 2 /2 ,

სად კ - სიხისტის კოეფიციენტი,

∆x - სხეულის გახანგრძლივება ან შეკუმშვა.

ზამბარის პოტენციურ ენერგიას შეუძლია მუშაობა.

Კინეტიკური ენერგია

ბერძნულიდან თარგმნილი, "kinema" ნიშნავს "მოძრაობას". ენერგია, რომელსაც ფიზიკური სხეული იღებს მისი მოძრაობის შედეგად, ეწოდება კინეტიკური. მისი ღირებულება დამოკიდებულია მოძრაობის სიჩქარეზე.

ფეხბურთის ბურთი მინდორზე მოძრავი, ციგა, რომელიც მთიდან ჩამოდის და აგრძელებს მოძრაობას, მშვილდიდან ნასროლი ისარი - ყველა მათგანს კინეტიკური ენერგია აქვს.

თუ სხეული მოსვენებულ მდგომარეობაშია, მისი კინეტიკური ენერგია ნულის ტოლია. როგორც კი ძალა ან რამდენიმე ძალა იმოქმედებს სხეულზე, ის დაიწყებს მოძრაობას. და რადგან სხეული მოძრაობს, მასზე მოქმედი ძალა მუშაობს. ძალის მოქმედება, რომლის გავლენით სხეული მოსვენებული მდგომარეობიდან გადადის მოძრაობაში და ცვლის სიჩქარეს ნულიდან ν , დაურეკა კინეტიკური ენერგია სხეულის მასა მ .

თუ საწყის მომენტში სხეული უკვე მოძრაობაში იყო და მის სიჩქარეს მნიშვნელობა ჰქონდა ν 1 , და ბოლო მომენტში უდრიდა ν 2 , მაშინ სხეულზე მოქმედი ძალის ან ძალების მიერ შესრულებული სამუშაო უდრის სხეულის კინეტიკური ენერგიის ზრდას.

∆ E k = E k 2 - ეკ 1

თუ ძალის მიმართულება ემთხვევა მოძრაობის მიმართულებას, მაშინ კეთდება დადებითი მუშაობა და იზრდება სხეულის კინეტიკური ენერგია. და თუ ძალა მიმართულია მოძრაობის მიმართულების საპირისპირო მიმართულებით, მაშინ კეთდება უარყოფითი მუშაობა და სხეული გამოსცემს კინეტიკურ ენერგიას.

მექანიკური ენერგიის შენარჩუნების კანონი

ეკ 1 + E p1= ე კ 2 + E p2

ნებისმიერ ფიზიკურ სხეულს, რომელიც მდებარეობს გარკვეულ სიმაღლეზე, აქვს პოტენციური ენერგია. მაგრამ როდესაც ის ეცემა, ის იწყებს ამ ენერგიის დაკარგვას. სად მიდის იგი? გამოდის, რომ ის არსად არ ქრება, არამედ იქცევა იმავე სხეულის კინეტიკურ ენერგიად.

დავუშვათ , დატვირთვა ფიქსირებულად ფიქსირდება გარკვეულ სიმაღლეზე. მისი პოტენციური ენერგია ამ ეტაპზე უდრის მის მაქსიმალურ მნიშვნელობას.თუ გავუშვებთ, გარკვეული სიჩქარით დაიწყებს ვარდნას. შესაბამისად, ის დაიწყებს კინეტიკური ენერგიის შეძენას. მაგრამ ამავე დროს მისი პოტენციური ენერგია დაიწყებს შემცირებას. ზემოქმედების ადგილზე სხეულის კინეტიკური ენერგია მაქსიმუმს მიაღწევს, ხოლო პოტენციური ენერგია ნულამდე შემცირდება.

სიმაღლიდან გასროლილი ბურთის პოტენციური ენერგია მცირდება, მაგრამ მისი კინეტიკური ენერგია იზრდება. მთის მწვერვალზე მოსვენებულ სასწავლებელს აქვს პოტენციური ენერგია. მათი კინეტიკური ენერგია ამ მომენტში ნულის ტოლია. მაგრამ როდესაც ისინი იწყებენ ძირს, კინეტიკური ენერგია გაიზრდება და პოტენციური ენერგია იგივე რაოდენობით შემცირდება. და მათი მნიშვნელობების ჯამი უცვლელი დარჩება. ხეზე ჩამოკიდებული ვაშლის პოტენციური ენერგია დაცემისას გარდაიქმნება მის კინეტიკურ ენერგიად.

ეს მაგალითები აშკარად ადასტურებს ენერგიის შენარჩუნების კანონს, რომელიც ამას ამბობს მექანიკური სისტემის მთლიანი ენერგია არის მუდმივი მნიშვნელობა . სისტემის მთლიანი ენერგია არ იცვლება, მაგრამ პოტენციური ენერგია გარდაიქმნება კინეტიკურ ენერგიად და პირიქით.

რა რაოდენობით მცირდება პოტენციური ენერგია, ამდენივე იზრდება კინეტიკური ენერგია. მათი რაოდენობა არ შეიცვლება.

ფიზიკური სხეულების დახურული სისტემისთვის ჭეშმარიტია შემდეგი თანასწორობა:
E k1 + E p1 = E k2 + E p2,
სად E k1, E p1 - სისტემის კინეტიკური და პოტენციური ენერგიები ნებისმიერი ურთიერთქმედების წინ, E k2, E p2 - მის შემდეგ შესაბამისი ენერგიები.

კინეტიკური ენერგიის პოტენციურ ენერგიად გარდაქმნის პროცესი და პირიქით, შეგიძლიათ ნახოთ მოძრავი ქანქარის ყურებით.

დააწკაპუნეთ სურათზე

უკიდურეს მარჯვენა პოზიციაში ყოფნისას, ქანქარა თითქოს იყინება. ამ მომენტში მისი სიმაღლე საცნობარო წერტილის ზემოთ არის მაქსიმალური. ამიტომ პოტენციური ენერგიაც მაქსიმალურია. და კინეტიკური მნიშვნელობა არის ნული, რადგან ის არ მოძრაობს. მაგრამ მომდევნო მომენტში ქანქარა იწყებს მოძრაობას ქვემოთ. მისი სიჩქარე იზრდება და, შესაბამისად, იზრდება მისი კინეტიკური ენერგია. მაგრამ სიმაღლესთან ერთად მცირდება პოტენციური ენერგიაც. ყველაზე დაბალ წერტილში ის გახდება ნულის ტოლი და კინეტიკური ენერგია მიაღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას. ქანქარა გაივლის ამ წერტილს და დაიწყებს აწევას მარცხნივ. მისი პოტენციური ენერგია დაიწყებს ზრდას და მისი კინეტიკური ენერგია შემცირდება. და ა.შ.

ენერგიის გარდაქმნების დემონსტრირებისთვის ისააკ ნიუტონმა მოიფიქრა მექანიკური სისტემა ე.წ ნიუტონის აკვანი ან ნიუტონის ბურთები .

დააწკაპუნეთ სურათზე

თუ თქვენ გვერდზე გადახდებით და შემდეგ გაათავისუფლებთ პირველ ბურთს, მისი ენერგია და იმპულსი გადაეცემა უკანასკნელს სამი შუალედური ბურთის მეშვეობით, რომლებიც დარჩება უმოძრაოდ. ბოლო ბურთი კი იმავე სიჩქარით გადაიხრება და იმავე სიმაღლეზე აიწევს, როგორც პირველი. შემდეგ ბოლო ბურთი გადასცემს თავის ენერგიას და იმპულსს შუალედური ბურთების მეშვეობით პირველზე და ა.შ.

გვერდზე გადატანილ ბურთს აქვს მაქსიმალური პოტენციური ენერგია. მისი კინეტიკური ენერგია ამ მომენტში ნულის ტოლია. მოძრაობის დაწყების შემდეგ ის კარგავს პოტენციურ ენერგიას და იძენს კინეტიკურ ენერგიას, რომელიც მეორე ბურთთან შეჯახების მომენტში აღწევს მაქსიმუმს და პოტენციური ენერგია ხდება ნულის ტოლი. შემდეგ კინეტიკური ენერგია გადადის მეორე, შემდეგ მესამე, მეოთხე და მეხუთე ბურთებზე. ეს უკანასკნელი კინეტიკური ენერგიის მიღების შემდეგ იწყებს მოძრაობას და ადის იმავე სიმაღლეზე, რომელზეც პირველი ბურთი იყო მისი მოძრაობის დასაწყისში. მისი კინეტიკური ენერგია ამ მომენტში ნულის ტოლია, ხოლო პოტენციური ენერგია უდრის მაქსიმალურ მნიშვნელობას. შემდეგ ის იწყებს დაცემას და ენერგიას გადასცემს ბურთებს იმავე გზით საპირისპირო თანმიმდევრობით.

ეს გრძელდება საკმაოდ დიდი ხნის განმავლობაში და შეიძლება გაგრძელდეს განუსაზღვრელი ვადით, თუ არაკონსერვატიული ძალები არ არსებობდნენ. მაგრამ სინამდვილეში სისტემაში მოქმედებენ დისპაციური ძალები, რომელთა გავლენით ბურთები კარგავენ ენერგიას. მათი სიჩქარე და ამპლიტუდა თანდათან მცირდება. და საბოლოოდ ისინი ჩერდებიან. ეს ადასტურებს, რომ ენერგიის შენარჩუნების კანონი დაკმაყოფილებულია მხოლოდ არაკონსერვატიული ძალების არარსებობის შემთხვევაში.