Закон сохранения энергии

Этот закон утверждает, что энергия не возникает и не уничтожается, а только переходит из одной формы в другую. Общая энергия должна остаться неизменной. Что происходит, когда мы пилим ножовкой кусок металла? Химическая энергия, образованная в организме человека в результате пищеварения, превращается в кинетическую энергию полотна ножовки. Часть этой энергии расходуется па отделение металлической стружки от куска металла, а часть превращается в тепловую энергию. Полотно ножовки и металл раскаляются. Часть энергий расходится в виде звука.

Механизмы и энергия

Механизм – это приспособление, либо облегчающее работу изменением направления действия силы; либо позволяющее произвести работу при помощи меньшей силы. Использование меньшей силы не означает, что будет проделана меньшая работа. При ис­пользовании механизма тело под действием меньшей силы должно пройти большее расстояние. Фактически должна быть проделана большая работа, т. е. экономия энергии отсутствует. Самое большее, на что можно надеяться, используя механизм, что затраченная энергия будет равна полезной работе: меньшая силабольшее расстояние = большая силаменьшее расстояние. Вообще же примене­ние механизмов требует большей затраты энергии в сравнении с полезнойработой.

Поскольку энергия не возникает из ничего, а переходит из одной формы в другую, то невозможно создать ма­шину, которая, будучи запущена, станет работать вечно без дополнительного потребления энергии. Это так, потому что всегда существуют потери энергии вследствие трения движущихся частей, которое производит тепло, звук и т. д. Потери энергии могут быть сведены к минимуму, но не могут быть устранены, поэтому и невозможен «вечный двигатель».

Коэффициент полезного действия (КПД)

КПД машины определяется как отношение полезной работы к работе затраченной или выхода энергии к затраченной энергии. Отсюда следует, что важно сократить энергию, затраченную впустую, так, чтобы полезная работа, получаемая от машины, стала как можно большей. Полезная энергия, полученная от од­ной машины, равна энергии затраченной, и, следовательно, КПД такой машины равен 1, или 100%. Энергия, полученная от другой машины, также равна израсходованной энергии, но две трети ее затрачено впустую. Одна треть выхода энергии использована, поэтому КПД = 33%.

Мощность

Мощность определяется скоростью выполнения работы или скоростью использования энергии и является отношением проделанной работы ко времени, за которое эта работа выполнена. Единица СИ мощности ватт (Вт), и 1 ватт = 1 джоулю в секунду.

Столкновения

Закон сохранения импульса всегда справедлив при столкновении, и вопросы, связанные с ним, надо рассматривать с точки зрения этого закона. А как быть с законом сохранения энергии? Он тоже сохраняет силу, но следует помнить, что он применим ко всем формам энергии.

Общая энергия постоянна. Ошибочно полагать, что кинетическая энергия сохраняется. Это соответствует действительности, только когда столкновение упруго. (Однако, абсолютно упругие столкновения имеют место лишь на атомном уровне).

Если бросить кусок свинца с некоторой высоты на землю, то большая часть его кинетической энергии в момент столкновения с землей перейдет в тепло. В результате температура свинца возрастет. Вода на вершине водопада обладает и кинетической, и потенциальной энергией. При ее падении потенциальная энергия превращается в кинетическую, и поэтому ки­нетическая энергия возрастает. Достигая подножия водопада, вода сталкивается с речным дном, и часть ее кинетической энергии превращается в тепловую и звуковую энергию. У подножия водопада наблюдается некоторое повышение температуры воды.

Закон сохранения энергии приме­ним к свободно падающему телу.