Tananing kinetik energiyasi o'zgarishsiz qolishi mumkinmi? Kinetik va potentsial energiya. Energiyani tejash qonuni. Ishqalanish kuchlari va saqlanish qonuni, mexanik

Saqlanish qonunlari sizga shunchalik tanishmi? // Miqdor. - 1987. - No 5. - S. 32-33.

“Kvant” jurnali tahririyati va muharrirlari bilan maxsus kelishuv asosida

Narsalar yo'qdan yaratilmaydi ham,
bir marta paydo bo'lsa, yana hech narsaga aylanadi ...
Lukretsiy Kar. "Narsalarning tabiati haqida"

Fizikaning rivojlanishi izolyatsiyalangan tizimlarda ma'lum miqdorlar paydo bo'lishi yoki yo'q bo'lib ketishi mumkin emasligini ta'kidlagan turli xil saqlanish qonunlarining o'rnatilishi bilan birga keldi. Bunday qonunlarning mavjudligi haqidagi g'oya zamonning tumanlarida paydo bo'lgan: epigrafda keltirilgan Lukretsiyning so'zi hali ham qadimgi qarashlarni aks ettiradi. Bugungi kunda fiziklar bunday qonunlarni juda ko'p bilishadi, ulardan ba'zilari sizga ham tanish - bu impuls, energiya, zaryadning saqlanish qonunlari. Fizikani keyingi o'rganish juda g'ayrioddiy saqlanish qonunlari mavjudligini aniqlaydi, masalan, g'alatilik, paritet va jozibadorlik. Lekin birinchi navbatda, siz yaxshi bilishingiz kerak bo'lganlar bilan ishlaylik.

Savol va topshiriqlar

1. Agar tanaga hech qanday kuch ta'sir qilmasa, tananing kinetik energiyasi o'zgarishi mumkinmi?
2. Agar jismga qo'llaniladigan kuchlarning natijasi nolga teng bo'lsa, jismning kinetik energiyasi o'zgarishsiz qolishi mumkinmi?
3. Elektr zaryadining elektr maydonining bir nuqtasidan ikkinchisiga o'tishi qachon energiyaning o'zgarishi bilan birga bo'lmaydi?
4. Moddaga tushgan yorug'lik energiyasi fotoeffekt ta'sirida qanday energiya turlariga aylanadi?
5. Kemaga ulanmagan astronavt qanday qilib kemaga qaytishi mumkin?
6. Yaxshi markazlashtirilgan volanning umumiy impulsi uning tezligiga bog'liqmi?
7. Gorizontal o'q atrofida ishqalanishsiz aylana oladigan massiv bir hil silindrga gorizontal tezlikda uchayotgan o'q tegadi. υ , va silindrni urgandan keyin aravaga tushadi. Aravaning o‘q tekkanidan keyin erishadigan tezligi o‘q silindrning qaysi qismiga tegishiga bog‘liqmi?

   

8. Foton chiqarish orqali gaz atomi impulsni o'zgartiradi. Nima uchun bu o'zgarish muqarrar?
9. Elektron va pozitronni yo'q qilish jarayonida bitta gamma kvant hech qachon paydo bo'lmaydi. Saqlanish qonunlaridan qaysi biri bu faktda namoyon bo'ladi?
10. Metall plastinka rentgen nurlari bilan zaryadlangan. To'lovning belgisi nima?
11. Elektronni pozitron bilan annigilyatsiya qilishda gamma kvantlar hosil bo'ladi; ammo, bu ikki elektron yoki ikkita pozitron uchrashganda sodir bo'lmaydi. Bu erda saqlanish qonunining ta'siri qanday?

Mikro tajriba

Dastlab harakatsiz qayiqning orqa qismidan kamongacha yuring. Nima uchun qayiq teskari yo'nalishda harakat qiladi?

Qizig'i shundaki, ...

Ko'pincha, ba'zi saqlanish qonunlari faqat cheklangan doiradagi hodisalarni tavsiflashda amal qiladi. Shunday qilib, kimyoviy reaktsiyalarni o'rganishda massa saqlanib qolgan deb taxmin qilish mumkin, ammo yadro reaktsiyalarida bunday qonunni qo'llash noto'g'ri edi, chunki, masalan, uran bo'linishining yakuniy mahsuloti massasi kamroq. uranning dastlabki miqdorining massasidan.

Agar zaryadning saqlanish qonuni tabiatning mutlaqo aniq qonuni bo'lmasa, elektron, masalan, neytrino va fotonga parchalanishi mumkin. Biroq, bunday parchalanishlarni qidirish muvaffaqiyat bilan yakunlanmadi va elektronning umri kamida 10 21 yil ekanligini ko'rsatdi. (Bugungi kunda olimlar koinotning yoshini 10-10 yil deb hisoblashadi.)

Aynan zaryadning saqlanish qonuni J. Maksvellni yuzaga kelishi mumkin bo'lgan g'oyaga undadi. magnit maydon elektr maydonining o'zgarishi natijasida. Ushbu g'oyaning rivojlanishi Maksvellni kosmosda tarqaladigan davriy elektromagnit jarayonlarni bashorat qilishga olib keldi. Tarqalish tezligining hisoblangan qiymati yorug'likning oldindan o'lchangan tezligiga to'liq teng bo'lib chiqdi.

Energiya skalyar miqdordir. SI tizimida energiyaning o'lchov birligi Joule hisoblanadi.

Kinetik va potentsial energiya

Ikki turdagi energiya mavjud - kinetik va potentsial.

TA’RIF

Kinetik energiya Organizmning harakati tufayli ega bo'lgan energiya:

TA’RIF

Potensial energiya- Bu jismlarning o'zaro joylashishi, shuningdek, ushbu jismlar o'rtasidagi o'zaro ta'sir kuchlarining tabiati bilan belgilanadigan energiya.

Yerning tortishish maydonidagi potentsial energiya - bu tananing Yer bilan tortishish o'zaro ta'siridan kelib chiqadigan energiya. Bu tananing Yerga nisbatan pozitsiyasi bilan belgilanadi va tanani ma'lum bir pozitsiyadan nol darajaga o'tkazish ishiga teng:

Potensial energiya - tana qismlarining bir-biri bilan o'zaro ta'siridan kelib chiqadigan energiya. Bu qiymat bo'yicha deformatsiyalanmagan prujinaning kuchlanishida (siqilishida) tashqi kuchlarning ishiga teng:

Tana bir vaqtning o'zida ham kinetik, ham potentsial energiyaga ega bo'lishi mumkin.

Jismning yoki jismlar tizimining umumiy mexanik energiyasi tananing (jismlar tizimining) kinetik va potentsial energiyalari yig'indisiga teng:

Energiyani tejash qonuni

Jismlarning yopiq tizimi uchun energiyaning saqlanish qonuni amal qiladi:

Jismga (yoki jismlar tizimiga) tashqi kuchlar ta'sir qilganda, masalan, mexanik energiyaning saqlanish qonuni bajarilmaydi. Bunda tananing (jismlar tizimining) umumiy mexanik energiyasining o'zgarishi tashqi kuchlarga teng bo'ladi:

Energiyaning saqlanish qonuni o'rtasidagi miqdoriy munosabatni o'rnatishga imkon beradi turli shakllar materiya harakati. Shuningdek, u nafaqat tabiat hodisalari uchun, balki barcha tabiat hodisalari uchun ham amal qiladi. Energiyaning saqlanish qonuni tabiatdagi energiyani yo'qdan yaratilishi kabi yo'q qilish mumkin emasligini aytadi.

Eng umumiy shaklda energiyaning saqlanish qonuni quyidagicha ifodalanishi mumkin:

• tabiatdagi energiya yo'qolmaydi va qayta yaratilmaydi, faqat bir turdan ikkinchi turga aylanadi.

Muammoni hal qilishga misollar

MISOL 1

Mashq qilish	400 m/s tezlikda uchayotgan o‘q tuproq o‘qiga tegib, 0,5 m to‘xtab o‘tadi.O‘qning massasi 24 g bo‘lsa, o‘qning harakatiga qarshiligini aniqlang.
Yechim	Milning qarshilik kuchi tashqi kuchdir, shuning uchun bu kuchning ishi o'qning kinetik energiyasining o'zgarishiga teng: Milning qarshilik kuchi o'qning harakat yo'nalishiga qarama-qarshi bo'lganligi sababli, bu kuchning ishi: O'qning kinetik energiyasining o'zgarishi: Shunday qilib, biz yozishimiz mumkin: tuproqli milning qarshilik kuchi nimadan: Birliklarni SI tizimiga aylantiramiz: g kg. Qarshilik kuchini hisoblaylik:
Javob	Milga qarshilik kuchi 3,8 kN.

2-MISA

Mashq qilish	0,5 kg og'irlikdagi yuk ma'lum bir balandlikdan 980 N / m qattiqlik koeffitsienti bilan kamonga o'rnatilgan 1 kg og'irlikdagi plastinkaga tushadi. Agar zarba paytida yuk 5 m / s tezlikka ega bo'lsa, bahorning eng katta siqilish qiymatini aniqlang. Zarba elastik emas.
Yechim	Yopiq tizim uchun yuk + plitani yozamiz. Ta'sir elastik bo'lmagani uchun bizda quyidagilar mavjud: zarbdan keyingi yuk bilan plastinkaning tezligi nimadan: Energiyani saqlash qonuniga ko'ra, zarbadan keyin plastinka bilan birga yukning umumiy mexanik energiyasi siqilgan bahorning potentsial energiyasiga teng:

Energiyani tejash qonuni.

Potensial energiyaning ortishi

tananing kinetik energiyasini yo'qotishi tufayli yuzaga keladi;

tana tushganda, kinetik energiyaning ortishi

potentsial energiyani yo'qotish tufayli yuzaga keladi, shuning uchun

tananing umumiy mexanik energiyasi o'zgarmaydi1.

Xuddi shunday, agar siqilgan kamon tanada harakat qilsa, u holda

u tanaga ma'lum bir tezlikni berishi mumkin, ya'ni.

kinetik energiya, lekin bahor bo'ladi

to'g'rilang va uning potentsial energiyasi amalga oshadi

mos ravishda kamaytirish; potentsial miqdori va

kinetik energiya doimiy bo'lib qoladi. Agar tanada bo'lsa,

bahorga qo'shimcha ravishda, tortishish ham harakat qiladi, keyin bo'lsa-da

tananing harakati, har bir turdagi energiya o'zgaradi, lekin

tortishishning potentsial energiyasi yig'indisi, potensial

bahor energiyasi va yana tananing kinetik energiyasi

doimiy bo‘lib qoladi.

Energiya bir turdan ikkinchisiga o'tishi mumkin,

bir tanadan boshqasiga o'tishi mumkin, lekin umumiy

1 Landsberg G.S. Boshlang'ich fizika darslik. 1-jild.M .;1995 2 Boutikov E.I. Universitet abituriyentlari uchun fizika. 1982 yil

mexanik energiya zaxirasi o'zgarishsiz qoladi. Tajribalar

va nazariy hisob-kitoblar yo'qligida ekanligini ko'rsatadi

ishqalanish kuchlari va faqat elastik va tortish kuchlari ta'sirida

tenia umumiy potentsial va kinetik energiya

tana yoki jismlar tizimi barcha holatlarda doimiy bo'lib qoladi

Bu mexanikning saqlanish qonunidir

Keling, energiyaning saqlanish qonunini ko'rsatamiz

keyingi tajriba. Ba'zilaridan po'lat shar tushib ketdi

po'lat yoki shisha plastinka ustidagi balandlik va urish

uning haqida, qaysi deyarli bir xil balandlikda sakrab

tushdi. To'pning harakati davomida butun bir qator

energiya transformatsiyalari. Potensial energiyaning tushishi

to'pning kinetik energiyasiga aylanadi. To'p qachon

pechka tegadi va u va pechka boshlanadi

deformatsiya. Kinetik energiyaga aylanadi

to'pning elastik deformatsiyasining potentsial energiyasi va

plitalar, va bu jarayon qadar davom etadi

to'p to'xtamaydi, ya'ni uning barcha kinetikasigacha

energiya elastikning potentsial energiyasiga o'tmaydi

deformatsiya. Keyin, elastik kuchlar ta'sirida

deformatsiyalangan plita, to'p tezlikka ega bo'ladi,

yuqoriga: plastinkaning elastik energiyasi

va to'p to'xtaydi, to'pning kinetik energiyasi.

Keyinchalik yuqoriga harakat bilan, to'pning tezligi ostida

tortishish ta'siri kamayadi va kinetik

energiya potentsial energiyaga aylanadi

tortishish, Eng yuqori nuqtada, to'p yana egalik qiladi

faqat tortishishning potentsial energiyasi bilan.

u tusha boshlagan balandlik, potentsial energiya

Ta'riflangan jarayonning boshida va oxirida to'p bitta va bir xil

xuddi shu. Bundan tashqari, har qanday vaqtda hamma uchun

energiya konvertatsiyalari potentsial energiya yig'indisi

tortishish kuchi, elastik deformatsiyaning potentsial energiyasi va

kinetik energiya har doim bir xil bo'lib qoladi.

Potensial energiyani aylantirish jarayoni uchun,

tortishish, kinetik va aksincha

yiqilib, to'pni ko'targanda, buni oddiy ko'rsatdi

hisoblash yo'li bilan. Bunga ishonch hosil qilish mumkin edi

kinetik energiyani potensialga aylantirish

plastinka va to'pning elastik deformatsiya energiyasi va keyin at

bu energiyani aylantirishning teskari jarayoni

sakrab turgan to'pning kinetik energiyasi yig'indisi

tortishishning potentsial energiyasi, elastik energiya

deformatsiya va kinetik energiya ham saqlanib qoladi

o'zgarmagan, ya'ni mexanik energiyaning saqlanish qonuni

yakunlandi.

Endi biz qonun nima uchun buzilganligini tushuntirishimiz mumkin

ishni oddiy mashinada saqlash

ishni o'tkazish paytida deformatsiyalangan: haqiqat shundaki

mashinaning bir uchida, qisman yoki sarflangan ish

to'liq eng oddiy deformatsiyaga sarflangan

mashina (tutqich, arqon va boshqalar), unda ba'zi narsalarni yaratadi

deformatsiyaning potentsial energiyasi va faqat qolgan

ish mashinaning boshqa uchiga o'tkazildi. Jami

deformatsiya energiyasi bilan birga uzatilgan ish

sarflangan ishga teng bo'lib chiqadi. Mutlaq holatda

dastagining yuqori qattiqligi, arqonning cho'zilmasligi va

va hokazo, oddiy mashina o'zida energiya to'play olmaydi va

bir uchida bajarilgan barcha ishlar to'liq

boshqa uchiga o'tdi.

Ishqalanish kuchlari va saqlanish qonuni, mexanik

energiya... To'pning harakatiga diqqat bilan qarab,

Plitaga sakrab tushsangiz, buni keyin topishingiz mumkin

Har bir zarbada to'p biroz kamroq ko'tariladi

oldingiga qaraganda balandlikda, ya'ni umumiy energiya ichida qolmaydi

aniqlik doimiy bo'lib, asta-sekin kamayadi; shuni anglatadiki

energiyaning saqlanish qonuni, biz buni bajaramiz

tuzilgan, faqat shu holatda kuzatiladi

2 Sababi, bu tajriba

bu ishqalanish kuchlari paydo bo'ladi; unda havo qarshiligi

to'p harakat qiladi, va ichki ishqalanish juda

to'p va plastinka materiali. Odatda, ishqalanish mavjudligida

mexanik energiyaning saqlanishi doimo buziladi va

jismlarning umumiy energiyasi kamayadi. Ushbu yo'qotish tufayli

energiya va ish ishqalanish kuchlariga qarshi amalga oshiriladi. Misol uchun

ep, jism katta balandlikdan tushganda, tezlik,

ortib borayotgan qarshilik kuchlari harakati tufayli

atrof-muhit tez orada doimiy bo'ladi; kinetik

tananing energiyasi o'zgarishni to'xtatadi, lekin uning salohiyati

energiya kamayadi. Qarshilik kuchiga qarshi ishlash

havo potentsial tufayli tortishish kuchini amalga oshiradi,

tananing energiyasi. Garchi bir vaqtning o'zida ba'zi kinetiklar haqida xabar berilgan.

atrof-muhit havosiga energiya, lekin u kamroq,

tananing potentsial energiyasining pasayishiga qaraganda, va shuning uchun jami

mexanik energiya kamayadi.

Ishqalanish kuchlariga qarshi ish hisobiga bajarilishi mumkin

kinetik energiya. Masalan, qayiq harakatlanayotganda, -

hovuz qirg'og'idan itarib yuborilgan, potentsial ag'darilgan

th qayiq doimiy bo'lib qoladi, lekin qarshilik tufayli

suvning harakati qayiqning tezligini pasaytiradi, ya'ni. uni

kinetik energiya, i kinetik energiya ortishi

bu holatda kuzatilgan suv pasayishdan kamroq

qayiqning kinetik energiyasi.

Qattiq moddalar orasidagi ishqalanish kuchlari

tutunli jismlar. Misol uchun, tezligi

og'irlik eğimli tekislikdan sirg'anish va

demak, uning kinetik energiyasi undan kam

u ilgari ishqalanish etishmasligi sotib olgan. Siz buni qila olasiz

yuk tushadigan tekislikning qiyalik burchagini tanlang

teng ravishda siljiting. Bundan tashqari, uning salohiyati

energiya kamayadi va kinetik energiya qoladi

doimiy va ishqalanish kuchlariga qarshi ish bajariladi

potentsial energiya tufayli.

Tabiatda barcha harakatlar (ichidagi harakatlar bundan mustasno).

vakuum, masalan, osmon jismlarining harakati)

ishqalanish natijasida hosil bo'ladi. Shuning uchun, bunday harakatlar bilan, qonun

mexanik energiyaning saqlanishi buziladi va bu

buzilish har doim bir yo'nalishda - yon tomonga sodir bo'ladi

pasayish to'liq energiya.

Mexanik energiyaning aylanishi

ichki energiya... Ishqalanish kuchlarining o'ziga xos xususiyati shundaki,

ko'rganimizdek, bunda kuchlarga qarshi qilingan ish

ishqalanish kinetik yoki to'liq aylanmaydi

jismlarning potentsial energiyasi; natijada jami

jismlarning mexanik energiyasi kamayadi. Biroq, ish

ishqalanish kuchlariga qarshi izsiz yo'qolmaydi. Avvalo, d

ishqalanish borligida jismlarning harakati ularning isishiga olib keladi.

Biz buni qo'llarimizni qattiq ishqalab yoki osongina aniqlashimiz mumkin

uni siqib chiqaradiganlar orasiga metall chiziqni cho'zish

ikki bo'lak yog'och; chiziq hatto teginishda ham seziladi

qiziydi. Ma'lumki, ibtidoiy odamlar qazib olish bilan shug'ullangan

tez quruq yog'och bo'laklarini bir-biriga ishqalab olov.

Ishni bajarayotganda isitish ham sodir bo'ladi.

kuchlarga qarshi. ichki ishqalanish, masalan, qachon

simning takroriy egilishi. Isitish da

ishqalanish kuchlarini engish bilan bog'liq harakat, ko'pincha

juda kuchli bo'lishi mumkin. Masalan, poezdni tormozlashda

tormoz balatalari juda qizib ketadi. Tushganda

ishqalanishni kamaytirish uchun slipways dan suvga kema

slipways mo'l-ko'l moylangan, va hali isitish shunday edi

iko yog'i chekadi va ba'zan hatto yonib ketadi.

Jismlar havoda past tezlikda harakat qilganda,

masalan, tashlangan tosh harakatlansa, qarshilik

havo kichik, ishqalanish kuchlarini engish uchun

oz ish sarflanadi va tosh deyarli yo'q

qiziydi. Ammo tez uchadigan o'q isinmoqda

ancha kuchli. Yuqori tezlikda, reaktiv

samolyotlar maxsus choralar ko'rishi kerak

samolyot qobig'ining qizib ketishini kamaytirish uchun. Kichik

katta tezlikda uchib kelayotgan meteoritlar (o'nlab

sekundiga kilometr) Yer atmosferasiga, tajriba

atrof-muhitning shunday katta qarshilik kuchi, bu butunlay

atmosferada yonib ketadi. San'at muhitida isitish

Yerning bu sun'iy yo'ldoshi Yerga qaytib, shuning uchun

maxsus o'rnatishingiz kerakligi juda yaxshi

termal himoya.

Isitishdan tashqari, ishqalanish jismlarini boshdan kechirishi mumkin va

boshqa O'zgarishlar. Masalan, ularni maydalash mumkin,

changga maydalash, erish sodir bo'lishi mumkin, ya'ni.

jismlarning qattiq holatdan suyuq holatga o'tishi: muz bo'lagi

boshqa bo'lakka ishqalab erishi mumkin

muz yoki boshqa tana.

Shunday qilib, agar jismlarning harakati kuchlarni engish bilan bog'liq bo'lsa

ishqalanish, keyin u ikkita hodisa bilan birga keladi: a) miqdor

barcha ishtirokchilarning kinetik va potentsial energiyalari

jismlar harakatining pasayishi; b) o'zgarish mavjud

jismlarning holatlari, xususan, isitish paydo bo'lishi mumkin.

Jismlarning holatidagi bu o'zgarish har doim shunday bo'ladi

tananing yangi holatida ishlab chiqarishi mumkin bo'lgan tarzda

asl nusxadan ko'proq ish. Shunday qilib, masalan, agar

bir uchi yopilgan metall trubkaga quying

bir oz efir va trubkani tiqin bilan bog'lab, uning orasiga mahkamlang

ikkita plastinka va tez aylanishga olib keladi, keyin

efir bug'lanadi va vilkasini chiqarib yuboradi. Demak, natijada

plastinka ustidagi trubaning ishqalanish kuchlarini engish uchun ish

efir trubkasi u bo'lgan yangi holatga keldi

surish uchun zarur ishni bajara oldi

vilkalar, ya'ni ishqalanish kuchlarini ushlab turishga qarshi ishlaydi

trubkani ulang va vilkasini joylashtirish uchun harakat qiling

kinetik energiya. Dastlabki holatda, trubka bilan

efir bu ishni qila olmadi.

Shunday qilib, jismlarning isishi, shuningdek, boshqalar

ularning holatidagi o'zgarishlar, o'zgarish bilan birga

Bu organlarning ishni bajarish qobiliyatining "zaxirasi". Biz

ga qo'shimcha ravishda "ish qobiliyati" bog'liqligini ko'ramiz

jismlarning Yerga nisbatan joylashuvi, ulardan tashqari

deformatsiyalar va ularning tezligi, shuningdek, jismlarning holatidan. Ma'nosi,

tortishish va elastiklikning potentsial energiyasidan tashqari va

kinetik energiya Tana ham energiyaga ega,

uning holatiga qarab "Biz uni chaqiramiz

ichki energiya. Tananing ichki energiyasi bunga bog'liq

uning harorati, tananing qattiqligi haqida,

suyuq yoki gazsimon, uning yuzasi qanchalik katta,

qattiq yoki mayda maydalanganmi va hokazo.

Xususan, tana harorati qanchalik baland bo'lsa, shuncha ko'p bo'ladi

ichki energiya.

Shunday qilib, oldingi bilan bog'liq harakatlar paytida-da

ishqalanish kuchlarini yengish, tizimlarning mexanik energiyasi]

harakatlanuvchi jismlar kamayadi, lekin ularning

ichki energiya. Masalan, poezdni tormozlashda

uning kinetik energiyasining pasayishi bilan birga keladi

tormoz prokladkalarining ichki energiyasini oshirish,

ichida g'ildiraklar, relslar, atrof-muhit havosi va boshqalarning bandaji

bu jismlarni isitish natijasi.

Aytilganlarning hammasi ham shunday holatlarga tegishli

ishqalanish kuchlari tananing ichida, masalan, egilish paytida paydo bo'ladi

mum bo'lagi, qo'rg'oshin to'plarining elastik ta'siri bilan

sim bo'lagini egganda va hokazo.

Energiyaning saqlanish qonunining umumiy tabiati.

Ishqalanish kuchlari masalasida alohida o'rin tutadi

uning mexanik energiyani saqlash qonuni. Agar ishqalanish kuchlari

yo'q, u holda mexanik energiyaning saqlanish qonuni kuzatiladi

Xia: tizimning umumiy mexanik energiyasi qoladi

doimiy Agar ishqalanish kuchlari harakat qilsa, energiya

endi doimiy qolmaydi, lekin harakat bilan kamayadi. Lekin

shu bilan birga, ichki energiya doimo o'sib boradi. Rivojlanish bilan

fiziklar energiyaning barcha yangi turlarini kashf etdilar: bor edi

aniqlangan yorug'lik energiyasi, elektromagnit energiya

to'lqinlar, kimyoviy energiyada namoyon bo'ladi

reaktsiyalar (misol sifatida, hech bo'lmaganda ko'rsatish kifoya

portlovchi moddada saqlanadigan kimyoviy energiya uchun

moddalarga aylanadi va mexanik va issiqlikka aylanadi

portlashda energiya), yadroviy

energiya. Ma'lum bo'lishicha, ish tanada qilingan

tananing barcha turdagi energiyalari yig'indisining o'sishiga teng; Ishlash

xuddi shunday, ba'zi bir tanada, boshqa organlar tomonidan amalga oshiriladi,

berilgan tananing umumiy energiyasini yo'qotishga teng. Barcha uchun

energiya turlaridan energiyani uzatish mumkinligi ma'lum bo'ldi

bir turga, energiyaning bir tanadan ikkinchisiga o'tishi

boshqa, lekin bu barcha bunday o'tish bilan; umumiy energiya

har xil turdagi, biz har doim qat'iy doimiy bo'lib qolamiz. Unda

energiyaning saqlanish qonunining universalligidir.

Garchi energiyaning umumiy miqdori doimiy bo'lib qolsa

biz ishlatadigan energiya miqdori kamayishi mumkin

va haqiqatda u doimo kamayib bormoqda. O'tish

energiya boshqa shaklga o'tishini anglatishi mumkin

biz uchun foydasiz shakl. Mexanikada ko'pincha -

isitish muhit, ishqalanish yuzalari va

va hokazo. Bunday yo'qotishlar nafaqat foyda keltirmaydi, balki eslab qolish uchun ham zararlidir

mexanizmlarning o'zida joylashgan; shunday, oldini olish uchun

haddan tashqari qizib ketganda, ishqalanishni maxsus sovutish kerak

mexanizmlarning qismlari.

Oldingi paragrafda tahlil qilingan misolda, yuqoriga tashlangan jismning potentsial energiyasining ortishi uning kinetik energiyasining pasayishi tufayli sodir bo'lishi ma'lum bo'ldi; jism tushganda, potentsial energiyaning kamayishi tufayli kinetik energiyaning ortishi sodir bo'ladi, shuning uchun tananing umumiy mexanik energiyasi o'zgarmaydi. Xuddi shunday, agar siqilgan prujina jismga ta'sir etsa, u holda u jismga ma'lum tezlikni, ya'ni kinetik energiyani berishi mumkin, lekin prujina to'g'rilanadi va uning potensial energiyasi mos ravishda kamayadi; potentsial va kinetik energiyalar yig'indisi doimiy bo'lib qoladi. Agar jismga prujinaga qo'shimcha ravishda tortishish kuchi ham ta'sir etsa, u holda tananing harakati davomida har bir turdagi energiya o'zgargan bo'lsa-da, tortishishning potentsial energiyasi yig'indisi, bahorning potentsial energiyasi va kinetik energiya. tananing yana doimiy bo'lib qoladi.

Energiya bir turdan ikkinchisiga o'tishi mumkin, bir tanadan ikkinchisiga o'tishi mumkin, lekin mexanik energiyaning umumiy ta'minoti o'zgarishsiz qoladi. Tajribalar va nazariy hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, ishqalanish kuchlari mavjud bo'lmaganda va faqat elastiklik va tortishish kuchlari ta'sirida jismning yoki jismlar tizimining umumiy potentsial va kinetik energiyasi barcha holatlarda doimiy bo'lib qoladi. Bu mexanik energiyaning saqlanish qonunidir.

Guruch. 168. Po‘lat plastinadan sakrab tushgan po‘lat shar yana o‘sha balandlikka sakrab tushadi.

Keling, quyidagi tajribada energiyaning saqlanish qonunini ko'rsatamiz. Muayyan balandlikdan po'lat yoki shisha plastinka ustiga tushib, unga tegib ketgan po'lat shar, u tushgan balandlikka deyarli sakrab chiqadi (168-rasm). To'pning harakati paytida bir qator energiya o'zgarishlari sodir bo'ladi. Yiqilish paytida potentsial energiya to'pning kinetik energiyasiga aylanadi. To'p plastinkaga tegsa, u ham, plastinka ham deformatsiyalana boshlaydi. Kinetik energiya shar va plastinkaning elastik deformatsiyasining potentsial energiyasiga aylanadi va bu jarayon uning barcha kinetik energiyasi elastik deformatsiyaning potentsial energiyasiga aylanmaguncha davom etadi. Keyin, deformatsiyalangan plastinkaning elastik kuchlari ta'sirida to'p yuqoriga qarab tezlikka ega bo'ladi: plastinka va to'pning elastik deformatsiya energiyasi to'pning kinetik energiyasiga aylanadi. Keyinchalik yuqoriga qarab harakatlanish bilan, tortishish ta'sirida to'pning tezligi pasayadi va kinetik energiya tortishishning potentsial energiyasiga aylanadi. Eng yuqori nuqtada, to'p yana faqat potentsial tortishish energiyasiga ega.

To'p qanday balandlikdan tusha boshlagan bo'lsa, xuddi shunday balandlikka ko'tarilgan deb taxmin qilishimiz mumkinligi sababli, tasvirlangan jarayonning boshida va oxirida to'pning potentsial energiyasi bir xil bo'ladi. Bundan tashqari, barcha energiya o'zgarishlari uchun vaqtning istalgan momentida tortishishning potentsial energiyasi, elastik deformatsiyaning potentsial energiyasi va kinetik energiya yig'indisi doimo bir xil bo'lib qoladi. Og'irlik kuchidan kelib chiqadigan potentsial energiyani kinetik energiyaga aylantirish jarayoni uchun to'p tushib ketganda va ko'tarilganda, bu § 101da oddiy hisoblash bilan ko'rsatilgan. Kinetik energiya kinetik energiyaga aylantirilganda ishonch hosil qilish mumkin. Plastinka va sharning elastik deformatsiyasining potentsial energiyasi, keyin esa bu energiyani teskari to'pning kinetik energiyasiga aylantirishning teskari jarayonida, tortishishning potentsial energiyasi, elastik deformatsiya energiyasi va kinetik energiya yig'indisi ham. o'zgarishsiz qoladi, ya'ni mexanik energiyaning saqlanish qonuni bajariladi.

Endi nima uchun ishni o'tkazish paytida deformatsiyalangan oddiy mashinada ishning saqlanish qonuni buzilganligini tushuntirishimiz mumkin (§ 95): haqiqat shundaki, mashinaning bir uchida sarflangan ish qisman yoki to'liq sarflangan. eng oddiy mashinaning deformatsiyasi (tutqich, arqon va boshqalar), unda deformatsiyaning qandaydir potentsial energiyasini yaratdi va faqat ishning qolgan qismi mashinaning boshqa uchiga o'tkazildi. Hammasi bo'lib, o'tkazilgan ish deformatsiya energiyasi bilan birgalikda sarflangan ishga teng bo'ladi. Tutqichning mutlaq qattiqligi, arqonning cho'zilmasligi va hokazolarda oddiy mashina o'zida energiya to'play olmaydi va uning bir uchida bajarilgan barcha ishlar to'liq ikkinchi uchiga o'tadi.

Ikki saqlanish qonunidan: impulsning saqlanish qonuni va energiyaning saqlanish qonunidan foydalanib, ideal elastik sharlarning, yaʼni toʻqnashuvdan soʻng bir-biridan sakrab tushadigan toʻplarning toʻqnashuvi muammosini hal qilish mumkin. kinetik energiya.

Ikkita to'p bir to'g'ri chiziq bo'ylab (markazlar chizig'i bo'ylab) harakatlansin. Aytaylik, ular bilan aloqa qilishda o'zaro ta'sir kuchlaridan tashqari, boshqa jismlar tomonidan to'plarga hech qanday kuchlar ta'sir qilmaydi. To'qnashuvdan so'ng (to'qnashuv to'plar bir-biriga qarab harakatlansa yoki ulardan biri ikkinchisini quvib yetsa) sodir bo'ladi), ular bir xil to'g'ri chiziq bo'ylab harakatlanadi, lekin tezliklari o'zgargan. Biz to'qnashuvdan oldin to'plarning massalarini va ularning tezligini bilamiz deb faraz qilamiz. To'qnashuvdan keyin ularning tezligini topish talab qilinadi.

Impulsning saqlanish qonunidan kelib chiqadiki, sharlarga ularning oʻzaro taʼsir kuchlaridan tashqari hech qanday kuch taʼsir qilmagani uchun toʻliq impuls saqlanishi kerak, yaʼni toʻqnashuvdan oldingi impuls toʻqnashuvdan keyingi impulsga teng boʻlishi kerak. :

Tezliklar va markazlar chizig'i bo'ylab (bir xil yoki qarama-qarshi yo'nalishda) yo'naltiriladi. Simmetriya mulohazalaridan kelib chiqadiki, tezliklar ham markazlar chizig'i bo'ylab yo'naltiriladi. Bu chiziqni o‘q sifatida olib, (102.1) tenglamadagi vektorlarni shu o‘qga proyeksiya qilaylik. Natijada biz tenglamani olamiz

(bu holda va boshqalar).

(102.2) va (102.3) tenglamalardan noma'lum miqdorlarni va topish mumkin. Buning uchun biz ushbu tenglamalarni shaklda qayta yozamiz

Ikkinchi tenglamani birinchisiga bo'lib, biz hosil bo'lamiz

. (102.4)

(102.4) ni (102.2) ga ko'paytirsak va ayirib, biz munosabatga erishamiz.

. (102.5)

Xuddi shunday, (102.4) ni koʻpaytirib (102.2) bilan qoʻshib, topamiz

Agar, masalan, birinchi to'p o'q yo'nalishi bo'yicha, ikkinchisi esa unga qarab harakat qilsa, u holda u tezlik moduliga, ya'ni minus belgisi bilan olingan tezlik moduliga teng bo'ladi. ya'ni Ushbu qiymatlarni (102.5) va (102.6) formulalarga almashtirib, biz olamiz

Agar bir to'pning massasi boshqasining massasidan ancha katta bo'lsa, masalan, juda ko'p bo'lsa, unda (102.5) formulaning maxraji va hisoblagichida atamalar mavjud. Agar qo'shimcha ravishda, massiv to'p tinch holatda bo'lsa, biz to'pni statsionar devordan sakrab tushishini olamiz. Darhaqiqat, (102.5) dan ko'rinib turibdiki, katta to'p bu holda taxminan teng past tezlikni oladi. .

Ushbu bo'limning boshida siz va men energiya impuls kabi saqlanib qolgan miqdor ekanligini ta'kidladik. Biroq, oldingi darslarda biz tanaga ta'sir qiluvchi barcha kuchlarning ishi tananing kinetik va potentsial energiyasining o'zgarishiga olib kelishiga amin bo'ldik, lekin energiyaning saqlanish qonunini olmadik. Ushbu darsda biz umumiy mexanik energiyaning saqlanish qonunini chiqaramiz, shuningdek, uning qanday sharoitlarda amal qilishi haqida gapiramiz.

2. Energiyaning saqlanish qonunidan foydalanib, Yer yuzasida ma'lum balandlikdan erkin tushayotgan jismning tezligini hisoblang. Olingan natijani kinematik formulalardan olingan natija bilan solishtiring.

3. Quyidagi savol va javoblarni ko'rib chiqing:

Savollar ro'yxati - javoblar:

Savol: Jismlar dissipativ kuchlar bilan o'zaro ta'sirlashganda tizimning energiyasi qayerga ketadi? Nima uchun bu holatda umumiy mexanik energiyaning saqlanish qonunidan foydalanish mumkin emas?

Javob: Asosan, energiya dissipativ kuchlar ta'sirida issiqlikka aylanadi. Umumiy holda, energiya boshqa, mexanik bo'lmagan energiyaga aylanadi, deb aytishimiz mumkin. Shunday qilib, biz umumiy mexanik energiya qonunidan foydalana olmaymiz, chunki mexanika ushbu tizimda sodir bo'ladigan issiqlik yoki boshqa hodisalarni tasvirlay olmaydi.

Savol: Jismga tortish kuchi ham, elastik kuch ham bir vaqtda ta'sir qilsa, energiyaning saqlanish qonuni bajariladimi?

Javob: Ha, albatta, agar jismlar sistemasi bir nechta konservativ kuchlar bilan o'zaro ta'sir qilsa va u yopiq bo'lsa, u holda umumiy mexanik energiyaning saqlanish qonuni bajariladi.

Savol: Tashqi kuchning ta'siri jismlar tizimining energiyasiga qanday ta'sir qiladi? Bu holda umumiy mexanik energiya saqlanadimi?

Javob: Jismlar sistemasiga tashqi kuch ta'sir qilishi sistemaning yopilishdan to'xtaganligini ko'rsatadi, shuning uchun unda umumiy mexanik energiyaning saqlanish qonuni ishlamaydi. Biroq, agar o'zaro ta'sir o'lchovi ushbu tashqi kuch bo'lgan jism ushbu tizimga kiritilgan bo'lsa, unda bu yangi kengaytirilgan tizim allaqachon yopiq bo'ladi va shuning uchun energiyaning saqlanish qonuni o'rinli bo'ladi.

Savol: Sun'iy yo'ldosh Yer atrofida aylanadi. Raketa dvigateli yordamida u boshqa orbitaga o'tkazildi. Uning mexanik energiyasi o'zgarganmi?

Javob: Ha, raketa dvigatelining ishlashi paytida tizim yopilishni to'xtatganligi sababli energiya o'zgardi.