ملخص الطاقة عن التكنولوجيا، مقالات من علوم المواد وتكنولوجيا المواد. الطاقة الحركية والطاقة الكامنة. قانون حفظ الطاقة الطاقة الحركية والطاقة الكامنة

قانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية

إذا كان في نظام مغلقالقوى والاحتكاك والمقاومة لا تؤثر ، فإن مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة لجميع أجسام النظام يظل ثابتًا.

إذا كانت الهيئات التي تشكل نظام ميكانيكي مغلق، تتفاعل مع بعضها البعض فقط من خلال قوى الجاذبية والمرونة، فإن عمل هذه القوى يساوي التغير في الطاقة الكامنة للأجسام، مأخوذة بالإشارة المعاكسة:

لذلك

إن مجموع الطاقة الحركية والطاقة الكامنة للأجسام التي تشكل نظامًا مغلقًا وتتفاعل مع بعضها البعض من خلال قوى الجاذبية والمرونة يظل دون تغيير.

يعبر هذا البيان قانون حفظ الطاقة في العمليات الميكانيكية . إنها نتيجة لقوانين نيوتن. كمية ه=ه ك +ه صمُسَمًّى إجمالي الطاقة الميكانيكية . لا يتم استيفاء قانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية إلا عندما تتفاعل الأجسام الموجودة في نظام مغلق مع بعضها البعض بواسطة قوى محافظة، أي القوى التي يمكن إدخال مفهوم الطاقة الكامنة فيها.

أثناء أي تفاعلات فيزيائية، لا تظهر الطاقة أو تختفي، بل تتحول من شكل إلى آخر.

ب. مع مراعاة الاحتكاك

بالنظر عن كثب إلى حركة الكرة المرتدة على اللوح (الفقرة 102)، يمكنك أن تجد أنه بعد كل ضربة ترتفع الكرة إلى ارتفاع أقل قليلاً من ذي قبل (الشكل 170)، أي. أي أن إجمالي الطاقة لا يبقى ثابتًا تمامًا، بل يتناقص تدريجيًا؛ وهذا يعني أن قانون حفظ الطاقة بالشكل الذي صغناه يتم ملاحظته في هذه الحالة بشكل تقريبي فقط. والسبب هو أنه في هذه التجربة تنشأ قوى الاحتكاك: مقاومة الهواء الذي تتحرك فيه الكرة، والاحتكاك الداخلي في مادة الكرة واللوحة نفسها. بشكل عام، في ظل وجود الاحتكاك، ينتهك دائمًا قانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية ويتناقص مجموع الطاقات الكامنة والحركية للأجسام. ونتيجة لفقد الطاقة هذا، يتم بذل شغل ضد قوى الاحتكاك 1).

تقليل ارتفاع ارتداد الكرة بعد العديد من الانعكاسات من البلاطة.

على سبيل المثال، عندما يسقط جسم من ارتفاع كبير، فإن سرعة الجسم، بسبب عمل قوى المقاومة المتزايدة للوسط، سرعان ما تصبح ثابتة (الفقرة 68)؛ وتتوقف الطاقة الحركية للجسم عن التغير، لكن طاقة الوضع عند الارتفاع عن الأرض تتناقص. يتم العمل ضد قوة مقاومة الهواء عن طريق الجاذبية بسبب الطاقة الكامنة للجسم. وعلى الرغم من أن بعض الطاقة الحركية تنتقل إلى الهواء المحيط، إلا أنها أقل من النقصان في الطاقة الكامنة للجسم، وبالتالي تنخفض الطاقة الميكانيكية الكلية.

ويمكن أيضا أن يتم العمل ضد قوى الاحتكاك بسبب الطاقة الحركية. على سبيل المثال، عندما يتحرك قارب، ويتم دفعه بعيدًا عن شاطئ بركة، تظل الطاقة الكامنة للقارب ثابتة، ولكن بسبب مقاومة الماء، تنخفض سرعة القارب، أي طاقته الحركية. ، والزيادة في الطاقة الحركية للماء الملاحظ في هذه الحالة أقل من النقصان في الطاقة الحركية لطاقة القارب.

قوى الاحتكاك بين المواد الصلبة. على سبيل المثال، السرعة التي يكتسبها حمل ينزلق على مستوى مائل، وبالتالي طاقته الحركية، تكون أقل من تلك التي يكتسبها في غياب الاحتكاك. يمكنك اختيار زاوية ميل المستوى بحيث ينزلق الحمل بالتساوي. وفي الوقت نفسه، ستنخفض طاقته الكامنة، لكن طاقته الحركية ستبقى ثابتة، وسيتم الشغل ضد قوى الاحتكاك بسبب طاقة الوضع.

في الطبيعة، جميع الحركات (ما عدا حركات الفراغ التام، مثل حركات الأجرام السماوية) تكون مصحوبة بالاحتكاك. لذلك، خلال هذه الحركات، يتم انتهاك قانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية، ويحدث هذا الانتهاك دائما في اتجاه واحد - نحو انخفاض إجمالي الطاقة.

"بشكل عام، في ظل وجود احتكاك 1. قانون حفظ الطاقة الميكانيكية ينتهك دائمًا و2. يتناقص مجموع الطاقات الكامنة والحركية للأجسام." والثاني صحيح. الأول هو كذبة صارخة! القانون لا ينتهك. دورا ليكس سيد ليكس.

• في الميكانيكا، يتم تحديد طاقة نظام الأجسام من خلال موقع الأجسام وسرعاتها. أولاً، دعونا نكتشف كيف تعتمد طاقة الأجسام على سرعتها.

دعونا نحسب عمل القوة المؤثرة على جسم (نقطة مادية) كتلته m، في الحالة البسيطة عندما يتحرك الجسم بشكل مستقيم، تكون القوة ثابتة ويتزامن اتجاهها مع اتجاه السرعة.

عندما يتحرك جسم بمقدار Δ، تتغير سرعته من القيمة 1 إلى القيمة 2. دعونا نختار محور الإحداثيات X بحيث تكون المتجهات 1 و 2 و Δ موجهة بشكل مشترك مع هذا المحور (الشكل 6.8). ثم عمل القوة

أرز. 6.8

وفقا للصيغة الحركية (1.20.8)، فإن إزاحة الجسم عندما يتحرك بتسارع ثابت تساوي

في حالتنا، v 1 = v 2، v 0x = v 1، a x = a.

ولذلك فإن التعبير عن العمل (6.5.1) سوف يأخذ الشكل

حسب قانون نيوتن الثاني = م. لذلك،

القيمة التي تساوي نصف حاصل ضرب كتلة الجسم وسرعته تسمى الطاقة الحركية (1).

دعونا نشير إلى الطاقة الحركية بواسطة E k :

أي جسم متحرك لديه طاقة تتناسب مع كتلته ومربع سرعته.

مع الأخذ في الاعتبار تعريف الطاقة الحركية (6.5.4) يمكن إعادة كتابة التعبير (6.5.3) للشغل على النحو التالي:

تعبر المساواة (6.5.5) عن نظرية التغير في الطاقة الحركية: التغير في الطاقة الحركية لجسم (بتعبير أدق، نقطة مادية) خلال فترة زمنية معينة يساوي الشغل المبذول خلال هذا الوقت بواسطة القوة المؤثرة على الجسم.

تزداد الطاقة الحركية إذا كان الشغل موجباً، وتقل إذا كان الشغل سالباً.

ويمكن إثبات أن النظرية (6.5.5) صالحة أيضًا في الحالات التي تؤثر فيها قوة متغيرة على الجسم ويتحرك على طول مسار منحني.

يتم التعبير عن الطاقة الحركية بنفس وحدات الشغل، أي بالجول.

وبما أن الطاقة الحركية لجسم الفرد تتحدد بكتلته وسرعته، فهي لا تعتمد على تفاعل هذا الجسم مع الأجسام الأخرى أم لا. تعتمد قيمة الطاقة الحركية على الإطار المرجعي، وكذلك قيمة السرعة. الطاقة الحركية لنظام من الأجسام تساوي مجموع الطاقات الحركية الهيئات الفرديةالمدرجة في هذا النظام.

ومن المهم عند إثبات نظرية التغير في الطاقة الحركية أن نستخدم فقط تعريف الشغل وقانون نيوتن الثاني. لم يتم وضع أي افتراضات حول طبيعة قوى التفاعل بين الأجسام. يمكن أن تكون هذه قوى الجاذبية، أو القوى المرنة، أو قوى الاحتكاك.

يمتلك الجسم المتحرك طاقة حركية. وهذه الطاقة تساوي الشغل الذي يجب بذله لزيادة سرعة الجسم من صفر إلى v.

(١) من الكلمة اليونانية كينيما – الحركة.

في المثال الذي تمت مناقشته في الفقرة السابقة، تبين أن الزيادة في طاقة الوضع لجسم مقذوف إلى الأعلى تحدث نتيجة لانخفاض طاقته الحركية؛ عندما يسقط جسم فإن زيادة الطاقة الحركية تحدث نتيجة لانخفاض الطاقة الكامنة، بحيث لا تتغير الطاقة الميكانيكية الكلية للجسم. وبالمثل، إذا كان الزنبرك المضغوط يؤثر على جسم، فيمكنه نقل سرعة معينة إلى الجسم، أي الطاقة الحركية، ولكن في نفس الوقت سوف يستقيم الزنبرك، وستنخفض طاقته الكامنة بالمقابل؛ سيظل مجموع الطاقات الكامنة والحركية ثابتًا. إذا كانت قوة الجاذبية تؤثر أيضًا على الجسم، بالإضافة إلى الزنبرك، فبالرغم من أن طاقة كل نوع ستتغير مع تحرك الجسم، فإن مجموع طاقة الجاذبية الكامنة والطاقة الكامنة للزنبرك والطاقة الحركية ستبقى طاقة الجسم ثابتة مرة أخرى.

يمكن للطاقة أن تنتقل من نوع إلى آخر، ويمكن أن تنتقل من جسم إلى آخر، ولكن إجمالي إمدادات الطاقة الميكانيكية يبقى دون تغيير. تظهر التجارب والحسابات النظرية أنه في غياب قوى الاحتكاك وتحت تأثير قوى المرونة والجاذبية فقط، فإن إجمالي الإمكانات والطاقة الحركية لجسم أو نظام من الأجسام يظل ثابتًا في جميع الحالات. هذا هو قانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية.

أرز. 168. بعد أن انعكست الكرة الفولاذية عن لوح فولاذي، قفزت مرة أخرى إلى نفس الارتفاع الذي ألقيت منه.

دعونا نوضح قانون حفظ الطاقة بالتجربة التالية. الكرة الفولاذية التي تسقط من ارتفاع معين على لوح فولاذي أو زجاجي وتصطدم به تقفز إلى نفس الارتفاع الذي سقطت منه تقريبًا (الشكل 168). أثناء حركة الكرة، يحدث عدد من تحولات الطاقة. عند السقوط، تتحول الطاقة الكامنة إلى طاقة حركية للكرة. عندما تلمس الكرة اللوحة، تبدأ هي واللوحة في التشوه. تتحول الطاقة الحركية إلى طاقة الوضع للتشوه المرن للكرة واللوحة، وتستمر هذه العملية حتى تتحول كل طاقتها الحركية إلى طاقة الوضع للتشوه المرن. بعد ذلك، تحت تأثير القوى المرنة للوحة المشوهة، تكتسب الكرة سرعة تصاعدية: يتم تحويل طاقة التشوه المرن للوحة والكرة إلى الطاقة الحركية للكرة. ومع المزيد من الحركة للأعلى، تقل سرعة الكرة تحت تأثير الجاذبية، وتتحول الطاقة الحركية إلى طاقة وضع الجاذبية. عند أعلى نقطة لها، تمتلك الكرة مرة أخرى طاقة وضع الجاذبية فقط.

وبما أنه يمكننا أن نفترض أن الكرة ارتفعت إلى نفس الارتفاع الذي بدأت منه في السقوط، فإن الطاقة الكامنة للكرة في بداية العملية الموصوفة وفي نهايتها هي نفسها. علاوة على ذلك، في أي لحظة من الزمن، بالنسبة لجميع تحولات الطاقة، يظل مجموع الطاقة الكامنة للجاذبية والطاقة الكامنة للتشوه المرن والطاقة الحركية كما هو طوال الوقت. بالنسبة لعملية تحويل الطاقة الكامنة بسبب الجاذبية إلى طاقة حركية والعودة عندما تسقط الكرة وترتفع، فقد تم توضيح ذلك من خلال عملية حسابية بسيطة في الفقرة 101. يمكن للمرء أن يقتنع أنه عند تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة محتملة للتشوه المرن للكرة اللوحة والكرة ثم عندما في العملية العكسية لتحويل هذه الطاقة إلى طاقة حركية للكرة المرتدة، يظل مجموع الطاقة الكامنة للجاذبية وطاقة التشوه المرن والطاقة الحركية دون تغيير أيضًا، أي قانون الحفظ من الطاقة الميكانيكية راضية.

يمكننا الآن شرح سبب انتهاك قانون الحفاظ على العمل في آلة بسيطة، والتي تم تشويهها أثناء نقل العمل (الفقرة 95): الحقيقة هي أن العمل المنفق في أحد طرفي الآلة تم إنفاقه جزئيًا أو كليًا على تشوه أبسط آلة نفسها (الرافعة، الحبل، إلخ)، مما يخلق بعض طاقة التشوه المحتملة فيها، ويتم نقل ما تبقى من العمل فقط إلى الطرف الآخر من الآلة. في المجموع، فإن العمل المنقول مع طاقة التشوه يساوي العمل المنفق. في حالة الصلابة المطلقة للرافعة، وعدم قابلية الحبل للتمدد، وما إلى ذلك، لا يمكن لآلة بسيطة أن تتراكم الطاقة في حد ذاتها، ويتم نقل كل العمل المنجز في أحد طرفيه بالكامل إلى الطرف الآخر.

باستخدام قانونين للحفظ: قانون حفظ الزخم وقانون حفظ الطاقة، من الممكن حل مشكلة تصادم الكرات المرنة بشكل مثالي، أي الكرات التي ترتد عن بعضها البعض بعد الاصطدام، مما يحافظ على إجمالي الطاقة الحركية.

دع كرتين تتحركان في خط مستقيم واحد (على طول خط المركز). لنفترض أنه بالإضافة إلى قوى التفاعل عند ملامستها، فإن الكرات لا تتأثر بأي قوى من أي أجسام أخرى. بعد الاصطدام (سيحدث الاصطدام إذا تحركت الكرات تجاه بعضها البعض أو إذا لحقت إحداهما بالأخرى)، فسوف تتحرك على طول نفس الخط المستقيم، ولكن بسرعات متغيرة. سنفترض أننا نعرف كتل الكرات وسرعاتها قبل الاصطدام. مطلوب العثور على سرعاتهم بعد الاصطدام.

يترتب على قانون الحفاظ على الزخم أنه نظرًا لعدم وجود قوى تؤثر على الكرات غير قوى تفاعلها، يجب الحفاظ على الزخم الإجمالي، أي أن الدفع قبل الاصطدام يجب أن يكون مساويًا للدفع بعد الاصطدام. الاصطدام:

يتم توجيه السرعات على طول خط المراكز (في نفس الاتجاه أو في اتجاهين متعاكسين). ويترتب على اعتبارات التماثل أن السرعات سيتم توجيهها أيضًا على طول خط المراكز. لنأخذ هذا الخط كمحور ونسقط المتجهات المتضمنة في المعادلة (102.1) على هذا المحور. ونتيجة لذلك، نحصل على المعادلة

(في هذه الحالة، الخ).

من المعادلتين (102.2) و (102.3) يمكن إيجاد الكميات المجهولة و . للقيام بذلك، نعيد كتابة هذه المعادلات في الصورة

وبقسمة حد المعادلة الثانية على الحد الأول، نحصل على

. (102.4)

بضرب (102.4) في (102.2) والطرح منها، نصل إلى العلاقة

. (102.5)

وبنفس الطريقة نضرب (102.4) في (102.2) ونضيفها (102.2) نجد

فإذا تحركت الكرة الأولى مثلاً في اتجاه المحور، وتحركت الكرة الثانية نحوه، فإنها تساوي معامل السرعة، أي تساوي معامل السرعة المأخوذة بعلامة الطرح، أي. استبدال هذه القيم في الصيغ (102.5) و (102.6) نحصل عليها

إذا كانت كتلة إحدى الكرات أكبر بكثير من كتلة الأخرى، على سبيل المثال أكبر بكثير من، فيمكن إهمال الحدود الموجودة في المقام والبسط في الصيغة (102.5). بالإضافة إلى ذلك، إذا كانت الكرة الضخمة في حالة سكون، فإننا نحصل على ذلك، أي ترتد الكرة كما لو كانت من جدار ثابت. في الواقع، كما يتبين من (102.5)، كرة كبيرةسوف تتلقى سرعة منخفضة تساوي تقريبا .

قانون الحفاظ على الطاقة.

زيادة الطاقة الكامنة يتم طرحها للأعلى

يحدث الجسم بسبب انخفاض الطاقة الحركية.

عندما يسقط الجسم تزداد الطاقة الحركية

يحدث بسبب فقدان الطاقة الكامنة، لذلك

ممتلىء الطاقة الميكانيكيةالجسم لا يتغير1.

وبالمثل، إذا كان هناك نابض مضغوط يؤثر على الجسم، إذن

يمكن أن ينقل سرعة معينة إلى الجسم، أي.

الطاقة الحركية، ولكن الربيع سوف

تصويب وسوف تتحقق طاقتها المحتملة

النقصان وفقًا لذلك؛ كمية الإمكانات و

ستبقى الطاقة الحركية ثابتة. إذا على الجسم

بالإضافة إلى الربيع، تعمل الجاذبية أيضا، على الرغم من متى

حركة الجسم، والطاقة من كل نوع سوف تتغير، ولكن

مجموع الطاقة الكامنة الجاذبية، المحتملة

طاقة الربيع والطاقة الحركية للجسم مرة أخرى

سوف تبقى ثابتة.

يمكن أن تتغير الطاقة من نوع إلى آخر،

يمكن أن ينتقل من جسد إلى آخر، ولكن بشكل عام

1 لاندسبيرج جي.إس. كتاب الفيزياء الابتدائي. المجلد 1. م؛1995 2 بوتيكوف إي. الفيزياء للمقبلين على الجامعات. 1982

يبقى إمدادات الطاقة الميكانيكية دون تغيير. التجارب

والحسابات النظرية تظهر ذلك في الغياب

قوى الاحتكاك وعندما تتعرض فقط لقوى المرونة والجر

تينيا إجمالي الإمكانات والطاقة الحركية

يبقى الجسم أو نظام الأجسام ثابتًا في جميع الحالات

هذا هو قانون الحفاظ على الميكانيكية

دعونا نوضح قانون حفظ الطاقة من خلال

التجربة القادمة. كرة فولاذية سقطت من البعض

الارتفاع على لوح فولاذي أو زجاجي وضربه

حول هذا الموضوع، يقفز إلى نفس الارتفاع تقريبا الذي منه

يسقط. عندما تتحرك الكرة، يحدث عدد من الأشياء

تحولات الطاقة. عند السقوط، الطاقة الكامنة

يتحول إلى طاقة حركية للكرة. عندما الكرة

يلمس البلاطة ويبدأ هو والبلاطة

تشوه. يتم تحويل الطاقة الحركية إلى

الطاقة الكامنة للتشوه المرن للكرة و

الألواح، وتستمر هذه العملية حتى

الكرة لن تتوقف، حتى كل ما لها من الحركية

لن تنتقل الطاقة إلى طاقة وضع مرنة

تشوه. ثم تحت تأثير القوى المرنة

لوحة مشوهة، تكتسب الكرة السرعة،

لأعلى: طاقة التشوه المرن للوحة

وتوقفت الكرة، أي الطاقة الحركية للكرة.

مع مزيد من الحركة للأعلى، تكون سرعة الكرة أقل

كما أن عمل الجاذبية يقلل من الحركية

يتم تحويل الطاقة إلى طاقة محتملة

الجاذبية، عند أعلى نقطة وصلت إليها الكرة مرة أخرى

فقط طاقة الجاذبية.

الارتفاع الذي بدأ منه السقوط، الطاقة الكامنة

الكرة في بداية ونهاية العملية الموصوفة هي نفسها

نفس. علاوة على ذلك، في أي لحظة من الزمن للجميع

تحولات الطاقة مجموع الطاقة المحتملة

الجاذبية، والطاقة الكامنة المرنة، و

تظل الطاقة الحركية كما هي طوال الوقت.

لعملية تحويل الطاقة الكامنة،

الناجمة عن الجاذبية، إلى الحركية والظهر

عندما تسقط الكرة وترتفع، تم توضيح ذلك بشكل بسيط

عن طريق الحساب. سيكون من الممكن التأكد من ذلك حتى لو

تحويل الطاقة الحركية إلى إمكانات

طاقة التشوه المرن للوحة والكرة ثم في

عملية عكسية لتحويل هذه الطاقة إلى

الطاقة الحركية لمجموع الكرة المرتدة

طاقة الجاذبية المحتملة، الطاقة المرنة

كما يبقى التشوه والطاقة الحركية

دون تغيير، أي قانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية

مكتمل.

الآن يمكننا أن نفسر لماذا تم انتهاك القانون

حفظ العمل في آلة بسيطة

مشوه أثناء نقل العمل: الحقيقة هي ذلك

العمل المنفق على أحد طرفي الآلة، جزئيًا أو

تم إنفاقه بالكامل على تشويه الأبسط

آلة (رافعة، حبل، وما إلى ذلك)، مما يخلق بعضا فيه

طاقة الانفعال المحتملة، والباقي فقط

تم نقل العمل إلى الطرف الآخر من الجهاز. في المجموع

نقل العمل جنبا إلى جنب مع سلالة الطاقة

تبين أنه يساوي العمل المنفق. في حالة المطلقة

صلابة الرافعة وعدم قابلية الحبل و

وما إلى ذلك، لا يمكن لآلة بسيطة أن تتراكم الطاقة في حد ذاتها، و

كل العمل المنجز في نهاية واحدة هو تماما

ينتقل إلى الطرف الآخر.

قوى الاحتكاك وقانون الحفظ الميكانيكية

طاقة. وبالنظر عن كثب إلى حركة الكرة،

كذاب على البلاطة، قد تجد ذلك بعد ذلك

مع كل ضربة ترتفع الكرة بشكل أقل قليلاً

الارتفاع عن ذي قبل، أي أن إجمالي الطاقة لا تبقى فيه

الدقة ثابتة، ولكنها تتناقص تدريجيا؛ هذا يعني ذلك

قانون حفظ الطاقة كما نراه

تمت صياغته، ويلاحظ في هذه الحالة فقط

تقريبا.2 والسبب هو أنه في هذه التجربة

تنشأ قوى الاحتكاك تلك؛ مقاومة الهواء فيها

أوم الكرة تتحرك، والاحتكاك الداخلي في حد ذاته

مادة الكرة واللوحة. بشكل عام، في وجود الاحتكاك

يتم دائمًا انتهاك الحفاظ على الطاقة الميكانيكية و

تنخفض الطاقة الكلية للأجسام. بسبب هذه الخسارة

يتم بذل الطاقة والشغل ضد قوى الاحتكاك. على سبيل المثال

إيه، عندما يسقط جسم من ارتفاع كبير، فإن السرعة

بسبب عمل قوى المقاومة المتزايدة

البيئة، سرعان ما تصبح ثابتة؛ الحركية

تتوقف طاقة الجسم عن التغير، ولكن إمكاناته

تنخفض الطاقة. العمل ضد المقاومة

يتم تنفيذ الهواء عن طريق الجاذبية بسبب الإمكانات ،

طاقة الجسم. على الرغم من أنه في نفس الوقت يتم الإبلاغ عن بعض السينما

الطاقة الحرارية للهواء المحيط ولكنها أقل

من الانخفاض في الطاقة الكامنة للجسم، وبالتالي، في المجموع

تنخفض الطاقة الميكانيكية.

ويمكن أيضا أن يتم العمل ضد قوى الاحتكاك بسبب

الطاقة الحركية. على سبيل المثال، عندما يتحرك القارب، -

الذي تم دفعه بعيدًا عن شاطئ البركة، تم الإطاحة بالاحتمال

يبقى القارب ثابتا، ولكن بسبب المقاومة

ومع انخفاض الماء، تنخفض سرعة القارب، أي. ها

الطاقة الحركية، أي زيادة في الطاقة الحركية

الماء الملاحظ في هذه الحالة أقل من الخسارة

الطاقة الحركية للقارب.

تعمل قوى الاحتكاك بين المواد الصلبة بشكل مماثل.

الدخان مع أجسادكم. على سبيل المثال، السرعة المكتسبة

حمولة تنزلق إلى أسفل مستوى مائل، و

وبالتالي فإن طاقته الحركية أقل من ذلك

الذي اكتسبه من خلال كونه غياب الاحتكاك. يمكنك أن تفعل هذا

حدد زاوية ميل المستوى الذي سيتم تحميله

تنزلق بالتساوي. وفي نفس الوقت إمكانياته

ستنخفض الطاقة، لكن الطاقة الحركية ستبقى

ثابت، وسوف يتم العمل ضد قوى الاحتكاك

بسبب الطاقة المحتملة.

في الطبيعة، جميع الحركات (باستثناء الحركات في

الفراغ، على سبيل المثال حركات الأجرام السماوية) سوب

يولدون عن طريق الاحتكاك. لذلك، مع مثل هذه الحركات القانون

يتم انتهاك الحفاظ على الطاقة الميكانيكية، وهذا

يحدث الانتهاك دائمًا في اتجاه واحد - إلى الجانب

ينقص إجمالي الطاقة.

تحويل الطاقة الميكانيكية إلى

الطاقة الداخلية. خصوصية قوى الاحتكاك هي

كما رأينا، هو هذا العمل الذي يتم ضد القوى

الاحتكاك لا يتحول تماما إلى حركية أو

الطاقة الكامنة للهيئات. ونتيجة لذلك، المجموع

تنخفض الطاقة الميكانيكية للأجسام. ومع ذلك، العمل

ضد قوى الاحتكاك لا تختفي دون أن يترك أثرا. بداية، د

حركة الأجسام في وجود الاحتكاك تؤدي إلى تسخينها.

يمكننا اكتشاف ذلك بسهولة عن طريق فرك أيدينا بإحكام أو

مد شريط معدني بين من يعصرونه

قطعتين من الخشب الشريط ملحوظ حتى عند اللمس

يسخن. الناس البدائيون، كما هو معروف، تم استخراجها

النار عن طريق فرك قطع الخشب الجافة ببعضها البعض بسرعة.

يحدث التسخين أيضًا عند تنفيذ العمل

ضد القوات. الاحتكاك الداخلي، على سبيل المثال متى

الانحناء المتكرر للسلك. التدفئة عند

الحركة المرتبطة بالتغلب على قوى الاحتكاك، في كثير من الأحيان

يمكن أن تكون قوية جدًا. على سبيل المثال، عندما يقوم القطار بالفرملة

تصبح وسادات الفرامل ساخنة جدًا. عند النزول

السفينة من المزلق إلى الماء لتقليل الاحتكاك

تم تشحيم الممرات بسخاء، ومع ذلك كانت التدفئة كذلك

لأن مادة التشحيم تدخن وأحيانا تشتعل فيها النيران.

عندما تتحرك الأجسام في الهواء بسرعات منخفضة،

على سبيل المثال، عندما يتحرك حجر مرمي، المقاومة

هناك القليل من الهواء للتغلب على قوى الاحتكاك

مطلوب القليل من العمل، والحجر عمليا

يسخن. لكن الرصاصة سريعة الحركة تسخن

أقوى بكثير. بسرعات نفاثة عالية

الطائرات يجب أن تتخذ تدابير خاصة

لتقليل تسخين جلد الطائرة. صغير

النيازك تطير بسرعات هائلة (عشرات

كيلومتر في الثانية) في الغلاف الجوي للأرض، تجربة

هذه قوة مقاومة كبيرة للبيئة تمامًا

تحترق في الجو . الاحماء في جو الفن

من القمر الصناعي الأرضي الجديد يعود إلى الأرض، لذلك

أمر رائع أنه من الضروري تثبيت خاص

الحماية الحرارية.

بالإضافة إلى التدفئة، يمكن أيضًا تجربة فرك الأجسام

تغييرات أخرى. على سبيل المثال، يمكن سحقها

طحن في الغبار، قد يحدث ذوبان، أي.

انتقال الأجسام من الحالة الصلبة إلى الحالة السائلة: قطعة من الجليد

قد تذوب بسبب الاحتكاك بقطعة أخرى

الجليد أو أي جسم آخر.

لذلك، إذا كانت حركة الجثث مرتبطة بالتغلب على القوى

الاحتكاك فإنه يصاحبه ظاهرتان: أ) الكمية

الطاقات الحركية والمحتملة لجميع المشاركين

انخفاض في حركة الهيئات. ب) يحدث تغيير

حالة الهيئات، وخاصة التدفئة يمكن أن تحدث.

وهذا التغيير في حالة الأجسام يحدث دائمًا على هذا النحو

الطريقة التي يمكن أن تنتجها هيئات الدولة الجديدة

عمل أكثر مما كان عليه في الأصل. لذلك، على سبيل المثال، إذا

تصب في أنبوب معدني مغلق من أحد طرفيه

القليل من الأثير، وقم بتوصيل الأنبوب بسدادة، واضغط عليه بينهما

طبقين ووضعهما في دوران سريع، ثم

سوف يتبخر الأثير ويدفع القابس للخارج. لذلك، نتيجة لذلك

العمل على التغلب على قوى احتكاك الأنبوب على الصفائح

وصل الأنبوب مع الأثير إلى حالة جديدة فيه

كان قادرا على القيام بالعمل المطلوب للدفع

المقابس، أي تعمل ضد قوى الاحتكاك القابضة

قابس في الأنبوب، والعمل الذي يدخل في التواصل مع القابس

الطاقة الحركية. في الحالة الأولية، الأنبوب مع

لا يمكن القيام بهذا العمل مع الأثير.

وهكذا يتم تسخين الجثث وغيرها

تغيرات في حالتهم، مصحوبة بتغيير

"احتياطي" قدرة هذه الهيئات على القيام بالعمل. نحن

نرى أن "احتياطي القدرة العاملة" يعتمد بالإضافة إلى ذلك

مواقع الأجسام بالنسبة للأرض، بالإضافة إلى مواقعها

التشوهات وسرعتها، وكذلك على حالة الأجسام. وسائل،

بالإضافة إلى الطاقة الكامنة للجاذبية والمرونة و

الطاقة الحركية يمتلك الجسم أيضًا طاقة

حسب حالته "سوف نتصل بها

الطاقة الداخلية. تعتمد الطاقة الداخلية للجسم على

درجة حرارته، وما إذا كان الجسم صلبًا،

سائلة أو غازية، ما هو حجم سطحها،

سواء كانت مستمرة أو مجزأة بدقة، الخ.

د. على وجه الخصوص، كلما ارتفعت درجة حرارة الجسم، كلما زادت

الطاقة الداخلية.

وهكذا، على الرغم من الحركات المرتبطة بما قبل

التغلب على قوى الاحتكاك والطاقة الميكانيكية للأنظمة]

الأجسام المتحركة تتناقص، ولكن

الطاقة الداخلية. على سبيل المثال، عندما يقوم القطار بالفرملة عند الساعة

ويصاحب ذلك انخفاض في طاقتها الحركية

زيادة الطاقة الداخلية لتيل الفرامل،

إطارات العجلات والقضبان والهواء المحيط وما إلى ذلك

نتيجة تسخين هذه الأجسام.

كل ما سبق ينطبق أيضًا على تلك الحالات التي يكون فيها

تنشأ قوى الاحتكاك داخل الجسم، على سبيل المثال عند التمدد

ضرب قطعة من الشمع، ذات تأثير غير مرن لكرات الرصاص

عند ثني قطعة من الأسلاك، الخ.

الطبيعة العالمية لقانون الحفاظ على الطاقة.

تحتل قوى الاحتكاك مكانة خاصة في مسألة

قانون تخزين الطاقة الميكانيكية. إذا كانت قوى الاحتكاك

لا، إذًا يتم ملاحظة قانون حفظ الطاقة الميكانيكية

شيا: يبقى إجمالي الطاقة الميكانيكية للنظام

ثابت إذا أثرت قوى الاحتكاك، فإن الطاقة

لم يعد ثابتا، بل يتناقص مع الحركة. لكن

وفي الوقت نفسه، تزداد الطاقة الداخلية دائمًا. مع التطور

اكتشف الفيزيائيون المزيد والمزيد من أنواع الطاقة الجديدة: كان هناك

الكشف عن الطاقة الضوئية، والطاقة الكهرومغناطيسية

موجات الطاقة الكيميائية تتجلى خلال المواد الكيميائية

ردود الفعل (كتدبير يكفي الإشارة على الأقل

على الطاقة الكيميائية المخزنة في المتفجرات

المواد وتحويلها إلى ميكانيكية وحرارية

الطاقة أثناء الانفجار)، تم اكتشاف الطاقة النووية أخيرًا

طاقة. اتضح أن العمل المنجز على الجسم

يساوي زيادة مجموع جميع أنواع طاقة الجسم؛ وظيفة

نفس الشيء الذي يؤديه بعض الجسم على أجساد أخرى،

يساوي النقصان في الطاقة الكلية لجسم معين. للجميع

أنواع الطاقة تبين أنه من الممكن نقل الطاقة منها

نوع إلى آخر، انتقال الطاقة من جسم إلى آخر

إلى آخر، ولكن ماذا عن كل هذه التحولات؟ إجمالي الطاقة

من جميع الأنواع نبقى ثابتين تمامًا طوال الوقت. في هذا

تكمن عالمية قانون الحفاظ على الطاقة.

على الرغم من أن الكمية الإجمالية للطاقة تظل ثابتة

قد تنخفض كمية الطاقة المفيدة لنا

وفي الواقع يتناقص باستمرار. انتقال

الطاقة إلى شكل آخر قد يعني انتقالها إلى

شكل لا فائدة منه بالنسبة لنا. في الميكانيكا، غالبًا ما يكون هذا -

تسخين البيئة وفرك الأسطح و

إلخ. هذه الخسائر ليست غير مربحة فحسب، بل هي أيضًا ردود فعل ضارة

وتستند إلى الآليات نفسها؛ نعم لتجنب

ارتفاع درجة الحرارة، من الضروري تبريد الفرك بشكل خاص

أجزاء من الآليات.

الطاقة هي كمية عددية. وحدة الطاقة في النظام الدولي للوحدات هي الجول.

الطاقة الحركية والطاقة الكامنة

هناك نوعان من الطاقة - الحركية والمحتملة.

تعريف

الطاقة الحركية- هذه هي الطاقة التي يمتلكها الجسم بسبب حركته:

تعريف

الطاقة المحتملةهي الطاقة التي يتم تحديدها من خلال الموقع النسبي للأجسام، وكذلك طبيعة قوى التفاعل بين هذه الأجسام.

الطاقة الكامنة في مجال الجاذبية الأرضية هي الطاقة الناتجة عن تفاعل جاذبية الجسم مع الأرض. ويتم تحديده من خلال موضع الجسم بالنسبة إلى الأرض ويساوي عمل تحريك الجسم من موضع معين إلى مستوى الصفر:

الطاقة الكامنة هي الطاقة الناتجة عن تفاعل أجزاء الجسم مع بعضها البعض. وهو يساوي عمل القوى الخارجية في التوتر (الضغط) لزنبرك غير مشوه بالمبلغ:

يمكن للجسم أن يمتلك كلا من الطاقة الحركية والطاقة الكامنة في نفس الوقت.

إجمالي الطاقة الميكانيكية لجسم أو نظام أجسام يساوي مجموع الطاقات الحركية والمحتملة للجسم (نظام الأجسام):

قانون الحفاظ على الطاقة

بالنسبة لنظام مغلق من الهيئات، قانون الحفاظ على الطاقة صالح:

في الحالة التي يتم فيها التأثير على جسم (أو نظام من الأجسام) بواسطة قوى خارجية، على سبيل المثال، فإن قانون الحفاظ على الطاقة الميكانيكية غير مكتمل. في هذه الحالة يكون التغير في إجمالي الطاقة الميكانيكية للجسم (نظام الأجسام) مساويا للقوى الخارجية:

يسمح لنا قانون الحفاظ على الطاقة بإقامة علاقة كمية بين الأشكال المختلفة لحركة المادة. تمامًا كما هو الحال، فهو صالح ليس فقط لجميع الظواهر الطبيعية، بل أيضًا لجميع الظواهر الطبيعية. ينص قانون حفظ الطاقة على أن الطاقة في الطبيعة لا يمكن تدميرها كما لا يمكن خلقها من العدم.

في الأكثر منظر عامويمكن صياغة قانون حفظ الطاقة على النحو التالي:

• الطاقة في الطبيعة لا تختفي ولا تخلق من جديد، بل تتحول من نوع إلى آخر.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

مثال 2