Перетворення енергії у фізиці

Розглянемо, як потенційна енергія переходить у кінетичну при русі тіла в полі гравітації. Візьмемо рівняння для повної енергії: Е = Ер + Ек. У прикладі з аеростатом потенційна енергія балона на початку досліду була рівна Ep = mgh, а кінетична дорівнює нулю (v = 0). Після того, як балон впав на землю, його потенційна енергія стала дорівнювати нулю, оскільки h = 0. Зате в момент падіння кінетична енергія балона стала максимальною: Ек = mv2 / 2. Таким чином, при падінні в полі гравітації потенційна енергія тіла перетворюється в кінетичну енергію відповідно до закону збереження енергії. Зауважимо, що на висоті s = h / 2 потенційна енергія mgs падаючого балона в точності дорівнює половині повної енергії mgh. Значить, на висоті s потенційна енергія ЕРS дорівнює кінетичної енергії Екs. Тоді ми можемо написати: Е / 2 = Ек, або Е / 2 = mv2 / 2, або Fs = mv2 (4.1). Якщо на висоті s швидкість v прирівняти до s / t (середня швидкість на шляху від висоти h до висоти s), ми можемо записати рівняння (4.1) у вигляді Fs = ms2 / t2. Скорочуючи на s, отримуємо: F = ms / t2 (4.2).
Вираз s / t2 є не що інше, як прискорення з (2.1): а = s / t2 (4.3). Підставляючи (4.3) в (4.2) отримаємо в підсумку рівняння: F = ma (4.4).
Рівняння (4.4), яке дозволяє обчислити силу F, потрібну для додання прискорення a тілу з масою m, називають другим законом Ньютона.
Наприклад, якщо у новорічній вертушки маса дорівнює 0.2 кг і вона злітає в небо з прискоренням 5 м / с2, це означає, що сила тяги ракети дорівнює: F = 0.2 * 5 = 1 (Н).
У стандартному підручнику рівняння (4.4) дають в готовому вигляді. Вважається, що воно отримано дослідним шляхом. Ми вивели рівняння (4.4) із закону збереження енергії (2.4), який, теж є узагальненням дослідних даних.


1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (1 votes, average: 5.00 out of 5)

Перетворення енергії у фізиці