Закон сохранения энергии
Что такое Закон сохранения энергии
Закон сохранения энергии — энергия не может появляться из ничего и пропадать никуда, она не может быть ни создана, ни уничтожена, но она может быть преобразована, таким образом энергия только принимает другой вид, и её количество при этом сохраняется во времени (если не существуют или не учитываются диссипативные силы, как например, силы внутреннего трения).
Ещё его называют законом сохранения и превращения энергии.
В замкнутой механической системе справедливо равенство:
Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2
Где:
Ek1 – кинетическая энергия в определённый момент времени
Ep1 – потенциальная энергия в определённый момент времени
Ek2 – кинетическая энергия в последующий момент времени
Ep2 – потенциальная энергия в последующий момент времени
То же самое можно выразить этой формулой:
Где:
m – масса тела
g – ускорение свободного падения
h – высота
v – скорость движения тела
Обратите внимание, что полная энергия системы, представленная суммой энергии, связанной с движением (Eкин), и энергии, связанной с положением (Eпот), имеет одно и то же значение в разное время.
Пример закона сохранения энергии: бейсбольный мяч подбрасывается вверх, в верхней точке, когда мяч на секунду останавливается, вся кинетическая энергия превращается в потенциальную.
Формулы энергии
Потенциальная энергия (при гравитационном взаимодействии)
Eпот = mgh
Где:
m – масса тела
g – ускорение свободного падения
h – высота
Кинетическая энергия
Eкин = (mv²) / 2,
Где:
m – масса тела
v – скорость его движения
Из Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2 и предыдущих двух формул следует:
Полная механическая энергия
Это сумма кинетической и потенциальной энергии тела.
Полная механическая энергия: E = Eк + Ep
При минимальной высоте тела (h = 0): Eполная = (mv²) / 2
При средней высоте тела: Eполная = (mv²) / 2 + mgh
При максимальной высоте тела: Eполная = mgh
Эквивалентность массы и энергии
E = mc²,
Где:
Е – энергия,
m – масса
c – скорость света
Потенциальная энергия сжатой/растянутой пружины (Потенциальная энергия упругой деформации)
Ep = (kx²) / 2,
Где:
Ep — потенциальная энергия
k — коэффициент упругости/жёсткости
x — удлинение/сокращение пружины
Законы сохранения
Законы сохранения являются фундаментальными принципами физики. Они точны для изолированной физической системы.
Кроме закона сохранения энергии существуют и другие законы, в которых механические свойства системы не меняются (при отсутствии взаимодействия системы с окружением). Такие, как:
- закон сохранения момента импульса;
- закон сохранения массы;
- закон сохранения лептонного числа; и др.
Узнайте также, что такое: