Главная

Категории:

ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника






Закон зберігання й перетворення енергії.


Розглянемо вільне падіння тіла. Хай тіло маси підняте на висоту у положення 1 (рис. 78). Поки тіло не рухається, його кінетична енергія . Візьмемо за початкове положення — положення на поверхні землі. Тоді потенціальна енергія в положенні 1 буде:

Сума обох видів енергії

Припустимо тепер, що тіло почало вільно падати і дійшло в положення 1 до положення 2, пройшовши шлях

Кінетична енергія в положенні2 буде:

Рух — рівномірно - прискорений. Отже,

Значить:

Потенціальна енергія в положенні 2 буде менша, а саме:

Загальна енергія тіла в положенні2:

Отже : .

Потенціальна енергія в міру падання тіла зменшується; кінетична енергія збільшується на таку саму величину. Сума обох видів енергії залишається сталою.

Через те, що ми взяли положення2 довільно, наш висновок придатний для всіх проміжних положень тіла, що падає, від положення 1 до положення 3. У положенні 3 (перед самим моментом зупинки) потенціальна енергія . Кінетична енергія

де

значить:

Отже:

При вільному падінні тіла потенціальна енергія переходить у кінетичну, при чому сума кінетичної і потенціальної енергії залишається сталою.

Цей висновок є окремий випадок закону зберігання й перетворення енергії, що поруч із законом зберігання матерії є один із основних законів природи.

Матерія постійно змінюється, постійно рухається. Рух перетворюється з однієї форми на іншу. Коли рухається паровоз, або при пострілі з гвинтівки, теплова форма руху переходить у механічну; при вдарі, терті механічна форма руху перетворюється на теплову.

В електромоторі електрична форма руху переходить у механічну, а в динамомашині, навпаки, механічна форма руху перетворюється на електричну.

Коли рух з однієї форми перетворюється на іншу, даний запас енергії витрачається на роботу, яка дає нову форму енергії.

Енгельс у статті «Міра руху — робота» дав таке означення роботи : «Робота це — зміна форма руху, що розглядається з її кількісної сторона»

Енергія є здатність виконувати роботу. При всіх перетвореннях одного виду енергії на інший виконується робота і при тому ця кількість роботи пропорційна кількості перетвореної енергії. Отже, ми можемо виміряти кількість перетвореної енергії за кількістю роботи, виконаної при даному перетворенні енергії.

Коли механічна енергія переходить в теплову, то, щоб добути одну велику калорію тепла, треба витратити механічної енергії. Якщо механічна енергія переходить в електричну, то кожний джоуль кінетичної енергії еквівалентний 1 вольт - кулонові електричної енергії. Коли електрична енергія переходить в теплову, то кожний вольт кулон електричної енергії дає 0,24 малих калорій теплової енергії. Всі ці рівності кількісно виражають закон зберігання й перетворення енергії.

При всіх змінах, що відбуваються в природі, енергія перетворюється з одного ваду в інший, але не зникає і не утворюється спочатку.

Думку про те, що загальна кількість руху матерії не змінюється при всіх змінах, які відбуваються в природі, вперше висловив французький учений Рене Декарт (1596 —1650 рр.).

Але Декарт і після нього Бернуллі і Лейбніц говорили про зберігання лише механічного руху. Закон зберігання й перетворення енергії, що стосується всіх форм руху матерії, вперше сформулював німецький учений Роберт Майер (1814 — 1878 рр.). Доведення цього закону дослідно опрацював англійський учений Джеме Джоуль (1818 —1889рр.), а теоретично опрацював німецький учений Герман Гельмгольц (1821— 1894 рр.).

Запитання та вправи.

1. Які перетворення енергії бувають при пострілі з рушниці вертикально вгору ?

2. Якими способами енергію сонячного променювання перетворюють на світлову енергію електричної лампочки ?

3. У чому суть закону зберігання і перетворення енергії?

4. 5000 кг дощу падають з висоти 803 м. Швидкість при падінні дорівнювала всього 1 , чимала частина потенціальної енергії витрачена на тертя. Скільки тепла виділиться при падінні дощу ?

5. Снаряд, що важить 20 кг, зменшив свою швидкість наслідком опору повітря з 500 до 400 . Скільки тепла виділилось під час руху снаряда ?

VIII. КОЛИВАННЯ І ХВИЛІ.

Коливний рух.

У природі і техніці ми дуже часто зустрічаємося з рухами періодичними, тобто такими, при яких дана точка повторює той самий рух щоразу за однаковий час. Проміжок часу, через який цей рух знову повторюється, зветься періодом. Серед періодичних рухів велике значення мають так звані коливні рухи, при яких точка рухається коло свого середнього положення. Приклади таких рухів: гойдання маятника, дрижання струни, рух поршня парової машини, кочення кульки в увігнутій чаші і т. д.

Важка куля висить на пружині (рис. 79). Штовхнемо її вгору. Вона буде рухатися вгору і вниз коло свого середнього положення.

Кинемо за допомогою світла з ліхтаря тінь від такої кулі на екран. Ми побачимо, що тінь робитиме на екрані також коливний рух. Такий коливний рух тіні можна мати ще й іншим способом. Кульку О (рис. 80) укріплено на диску D, що обертається навколо вертикальної осі. Кинемо від неї тінь Р0 на екран. Будемо обертати рівномірно круг D. Тінь Р на екрані бігатиме в лівий і в правий бік коло свого середнього положення Р0, роблячи коливний рух. Тінь є проекція кульки О, а кулька рухається рівномірно по колу (О0О1О2О3…) (рис. 81). В той час, коли кулька О описує один повний оборот по колу, її тінь відхиляється від середнього положення спершу в лівий бік до Р2, потім повертається назад, проходить через положення Р0 (кулька в цей час в О4), рухається далі в правий бік до Р6, тоді знову повертається в Р0; отже за той час, коли кулька один раз обернеться по колу, її проекція - тінь робить одне повне коливання.

Періоди руху кульки і її тіні однакові. Що швидше будемо обертати кульку О, то менший буде період її колового руху. Менший буде й час одного повного коливання — період коливання— тіні Р. Що коротший період коливання, то частіші ці коливання, і, навпаки, що більший період, то менша частота коливань. Частота коливань є число коливань (повних) за

 
 

одиницю часу (одну секунду).

Рис. 80

Частота колисань v* обернено пропорціональна до періоду Т:

або .

Справді бо, якщо за одну секунду ми маємо 10 коливань, то, очевидно, одне коливання триває 0,1 секунди. Якщо одне коливання відбувається за 0,05 секунд, то протягом однієї секунди відбудеться 1:0,05 = 20 коливань.

Рухи кулі, почепленої на пружині, і тіні, що ми спостерігали, належать до простих коливних рухів і звуться гармонічними коливаннями (суть цієї назви буде з'ясована далі).

Рис.81 Рис.81а.



Последнее изменение этой страницы: 2016-07-23

headinsider.info. Все права принадлежат авторам данных материалов.