Fizikada enerjinin saxlanma qanunu mütləqdir. Enerjinin saxlanması qanunu: təsvir və nümunələr

Qapalı cisimlər sisteminin ümumi mexaniki enerjisi dəyişməz olaraq qalır

Enerjinin saxlanma qanunu kimi təmsil oluna bilər

Sürtünmə qüvvələri cisimlər arasında hərəkət edərsə, enerjinin saxlanması qanunu dəyişdirilir. Ümumi mexaniki enerjinin dəyişməsi sürtünmə qüvvələrinin gördüyü işə bərabərdir

Bədənin müəyyən bir hündürlükdən sərbəst düşməsini düşünün h1. Bədən hələ hərəkət etmir (tutaq ki, biz onu tuturuq), sürət sıfırdır, kinetik enerji sıfırdır. Potensial enerji maksimumdur, çünki bədən indi 2 və ya 3-cü vəziyyətdə olduğundan daha yüksəkdir.

2-ci vəziyyətdə bədən kinetik enerjiyə malikdir (çünki o, artıq sürəti inkişaf etdirmişdir), lakin h2 h1-dən az olduğu üçün potensial enerji azalmışdır. Potensial enerjinin bir hissəsi kinetik enerjiyə çevrildi.

3-cü vəziyyət dayanmadan dərhal əvvəl vəziyyətdir. Sürət maksimum olduğu halda, cəsəd yenicə yerə toxundu. Bədən maksimum kinetik enerjiyə malikdir. Potensial enerji sıfırdır (bədən yerdədir).

Hava müqavimətinin qüvvəsini nəzərə almasaq, ümumi mexaniki enerjilər bərabərdir. Məsələn, 1-ci vəziyyətdəki maksimum potensial enerji 3-cü vəziyyətdəki maksimum kinetik enerjiyə bərabərdir.

Kinetik enerji harada yox olur? Izsiz yox olur? Təcrübə göstərir ki, mexaniki hərəkət heç vaxt izsiz itmir və heç vaxt öz-özünə yaranmır. Bədənin əyləclənməsi zamanı səthlərin istiləşməsi baş verdi. Sürtünmə qüvvələrinin təsiri nəticəsində kinetik enerji itmədi, molekulların istilik hərəkətinin daxili enerjisinə çevrildi.

Hər hansı fiziki qarşılıqlı əlaqə zamanı enerji görünmür və ya yox olmur, yalnız bir formadan digərinə çevrilir.

Xatırlamaq lazım olan əsas şey

1) Enerjinin saxlanması qanununun mahiyyəti

Enerjinin saxlanması və çevrilməsi qanununun ümumi forması formaya malikdir

İstilik proseslərini öyrənərək, düsturu nəzərdən keçirəcəyik
İstilik proseslərini öyrənərkən mexaniki enerjinin dəyişməsi nəzərə alınmır, yəni

Enerjinin saxlanması qanunu bildirir ki, cismin enerjisi heç vaxt yox olmur və ya yenidən görünmür, yalnız bir növdən digərinə çevrilə bilər. Bu qanun universaldır. Fizikanın müxtəlif sahələrində özünəməxsus formuluna malikdir. Klassik mexanika mexaniki enerjinin saxlanma qanununu nəzərdən keçirir.

Aralarında mühafizəkar qüvvələrin hərəkət etdiyi qapalı fiziki cisimlər sisteminin ümumi mexaniki enerjisi sabit qiymətdir. Nyutonun enerjinin saxlanması qanunu belə formalaşdırılır.

Qapalı və ya təcrid olunmuş fiziki sistem xarici qüvvələrin təsirinə məruz qalmayan sistem hesab olunur. Ətraf məkanla enerji mübadiləsi yoxdur və onun malik olduğu öz enerjisi dəyişməz qalır, yəni qorunub saxlanılır. Belə bir sistemdə yalnız daxili qüvvələr hərəkət edir və cisimlər bir-biri ilə qarşılıqlı təsir göstərir. Onda yalnız potensial enerjinin kinetik enerjiyə və əksinə çevrilməsi baş verə bilər.

Qapalı sistemin ən sadə nümunəsi snayper tüfəngi və güllədir.

Mexanik qüvvələrin növləri

Mexanik sistem daxilində hərəkət edən qüvvələr adətən konservativ və qeyri-mühafizəkar bölünür.

Mühafizəkarİşi onların tətbiq olunduğu cismin trayektoriyasından asılı olmayan, ancaq bu cismin ilkin və son mövqeyi ilə müəyyən edilən qüvvələr hesab edilir. Mühafizəkar qüvvələr də adlanır potensial. Bu cür qüvvələrin qapalı dövrə boyunca gördüyü iş sıfıra bərabərdir. Mühafizəkar qüvvələrə nümunələr - cazibə qüvvəsi, elastik qüvvə.

Bütün digər qüvvələr çağırılır qeyri-mühafizəkar. Bunlara daxildir sürtünmə qüvvəsi və müqavimət qüvvəsi. Onlara da deyilir dissipativ qüvvələr. Bu qüvvələr qapalı mexaniki sistemdə hər hansı bir hərəkət zamanı mənfi iş görür və onların təsiri altında sistemin ümumi mexaniki enerjisi azalır (dağılar). Enerjinin digər mexaniki olmayan formalarına, məsələn, istiliyə çevrilir. Buna görə də qapalı mexaniki sistemdə enerjinin saxlanması qanunu yalnız onda qeyri-mühafizəkar qüvvələr olmadıqda yerinə yetirilə bilər.

Mexanik sistemin ümumi enerjisi kinetik və potensial enerjidən ibarətdir və onların cəmidir. Bu növ enerjilər bir-birinə çevrilə bilər.

Potensial enerji

Potensial enerji fiziki cisimlərin və ya onların hissələrinin bir-biri ilə qarşılıqlı təsir enerjisi adlanır. Onların nisbi mövqeyi, yəni aralarındakı məsafə ilə müəyyən edilir və mühafizəkar qüvvələrin təsir sahəsində cismini istinad nöqtəsindən başqa bir nöqtəyə köçürmək üçün görülməli olan işə bərabərdir.

Müəyyən bir hündürlüyə qaldırılmış hər hansı hərəkətsiz fiziki bədən potensial enerjiyə malikdir, çünki ona mühafizəkar qüvvə olan cazibə qüvvəsi təsir edir. Belə enerjiyə şəlalənin kənarındakı su və dağın zirvəsindəki xizək sahibdir.

Bu enerji haradan gəldi? Fiziki bədən yüksəkliyə qaldırılarkən, iş görüldü və enerji sərf edildi. Məhz bu enerji yüksəlmiş bədəndə saxlanılır. İndi bu enerji işi görməyə hazırdır.

Bədənin potensial enerjisinin miqdarı bədənin hansısa başlanğıc səviyyəyə nisbətən yerləşdiyi hündürlüklə müəyyən edilir. Seçdiyimiz istənilən nöqtəni istinad nöqtəsi kimi götürə bilərik.

Bədənin Yerə nisbətən mövqeyini nəzərə alsaq, o zaman cismin Yer səthindəki potensial enerjisi sıfıra bərabərdir. Və üstündə h düsturla hesablanır:

E p = m ɡ h ,

Harada m - bədən kütləsi

ɡ - cazibə qüvvəsinin sürətlənməsi

h - bədənin kütlə mərkəzinin Yerə nisbətən hündürlüyü

ɡ = 9,8 m/s 2

Bədən hündürlükdən yıxıldıqda h 1 hündürlüyə qədər h 2 cazibə qüvvəsi işləyir. Bu iş potensial enerjinin dəyişməsinə bərabərdir və mənfi dəyərə malikdir, çünki bədən düşən zaman potensial enerjinin miqdarı azalır.

A = - ( E p2 - E p1) = - ∆ E p ,

Harada E p1 – hündürlükdə bədənin potensial enerjisi h 1 ,

E p2 - yüksəklikdə bədənin potensial enerjisi h 2 .

Bədən müəyyən bir hündürlüyə qaldırılırsa, o zaman cazibə qüvvələrinə qarşı iş görülür. Bu vəziyyətdə müsbət bir dəyər var. Və bədənin potensial enerjisinin miqdarı artır.

Elastik deformasiyaya uğramış cisim (sıxılmış və ya gərilmiş yay) da potensial enerjiyə malikdir. Onun dəyəri yayın sərtliyindən və onun sıxıldığı və ya uzandığı uzunluqdan asılıdır və düsturla müəyyən edilir:

E p = k·(∆x) 2 /2 ,

Harada k - sərtlik əmsalı,

∆x - bədənin uzanması və ya sıxılması.

Yayın potensial enerjisi iş görə bilər.

Kinetik enerji

Yunan dilindən tərcümədə "kinema" "hərəkət" deməkdir. Fiziki cismin hərəkəti nəticəsində aldığı enerjiyə deyilir kinetik. Onun dəyəri hərəkət sürətindən asılıdır.

Meydanda yuvarlanan futbol topu, dağdan aşağı yuvarlanan və hərəkətini davam etdirən xizək, yaydan atılan ox - bunların hamısının kinetik enerjisi var.

Əgər bədən istirahətdədirsə, onun kinetik enerjisi sıfırdır. Bir qüvvə və ya bir neçə qüvvə bədənə təsir edən kimi o, hərəkət etməyə başlayacaq. Bədən hərəkət etdiyi üçün ona təsir edən qüvvə işləyir. Təsiri altında bir cismin istirahət vəziyyətindən hərəkətə keçdiyi və sürətini sıfırdan dəyişdirdiyi güc işi ν , çağırdı kinetik enerji bədən kütləsi m .

Əgər ilkin anda bədən artıq hərəkətdə idisə və sürəti əhəmiyyətli idi ν 1 , və son anda bərabər idi ν 2 , onda cismə təsir edən qüvvə və ya qüvvələrin gördüyü iş bədənin kinetik enerjisinin artmasına bərabər olacaqdır.

∆ E k = E k 2 - Ek 1

Əgər qüvvənin istiqaməti hərəkət istiqaməti ilə üst-üstə düşürsə, onda müsbət iş görülür və bədənin kinetik enerjisi artır. Əgər qüvvə hərəkət istiqamətinə əks istiqamətə yönəldilirsə, o zaman mənfi iş görülür və bədən kinetik enerji verir.

Mexanik enerjinin saxlanması qanunu

Ek 1 + E p1= E k 2 + E p2

Müəyyən bir hündürlükdə yerləşən hər hansı fiziki bədən potensial enerjiyə malikdir. Amma yıxılanda bu enerjini itirməyə başlayır. O hara gedir? Belə çıxır ki, o, heç yerdə yoxa çıxmır, eyni cismin kinetik enerjisinə çevrilir.

Güman , yük müəyyən bir hündürlükdə sabit şəkildə sabitlənir. Bu nöqtədə onun potensial enerjisi maksimum dəyərinə bərabərdir. Onu buraxsaq, müəyyən sürətlə düşməyə başlayacaq. Nəticədə kinetik enerji almağa başlayacaq. Lakin eyni zamanda onun potensial enerjisi azalmağa başlayacaq. Təsir nöqtəsində bədənin kinetik enerjisi maksimuma çatacaq, potensial enerji isə sıfıra enəcək.

Hündürlükdən atılan topun potensial enerjisi azalır, lakin kinetik enerjisi artır. Dağ başında dincələn xizək potensial enerjiyə malikdir. Bu anda onların kinetik enerjisi sıfırdır. Lakin onlar yuvarlanmağa başlayanda kinetik enerji artacaq və potensial enerji eyni miqdarda azalacaq. Və onların dəyərlərinin cəmi dəyişməz qalacaq. Düşən zaman ağacdan asılan almanın potensial enerjisi onun kinetik enerjisinə çevrilir.

Bu misallar enerjinin saxlanması qanununu aydın şəkildə təsdiqləyir ki, bu da deyir mexaniki sistemin ümumi enerjisi sabit qiymətdir . Sistemin ümumi enerjisi dəyişmir, lakin potensial enerji kinetik enerjiyə çevrilir və əksinə.

Potensial enerji nə qədər azalırsa, kinetik enerji də eyni miqdarda artır. Onların miqdarı dəyişməyəcək.

Fiziki cisimlərin qapalı sistemi üçün aşağıdakı bərabərlik doğrudur:
E k1 + E p1 = E k2 + E p2,
Harada E k1, E p1 - hər hansı qarşılıqlı təsirdən əvvəl sistemin kinetik və potensial enerjiləri; E k2 , E p2 - ondan sonrakı müvafiq enerjilər.

Kinetik enerjinin potensial enerjiyə və əksinə çevrilməsi prosesi yelləncək sarkacına baxaraq görülə bilər.

Şəklin üzərinə klikləyin

Həddindən artıq sağ mövqedə olan sarkaç sanki donur. Bu anda onun istinad nöqtəsindən yuxarı hündürlüyü maksimumdur. Deməli, potensial enerji də maksimumdur. Və hərəkət etmədiyi üçün kinetik dəyər sıfırdır. Lakin növbəti anda sarkaç aşağıya doğru hərəkət etməyə başlayır. Onun sürəti artır və buna görə də kinetik enerjisi artır. Lakin hündürlük azaldıqca potensial enerji də azalır. Ən aşağı nöqtədə sıfıra bərabər olacaq və kinetik enerji maksimum dəyərə çatacaq. Sarkaç bu nöqtədən keçəcək və sola doğru qalxmağa başlayacaq. Onun potensial enerjisi artmağa başlayacaq, kinetik enerjisi isə azalacaq. və s.

Enerji çevrilmələrini nümayiş etdirmək üçün İsaak Nyuton adlı mexaniki sistem təklif etdi Nyutonun beşiyi və ya Nyuton topları .

Şəklin üzərinə klikləyin

Yan tərəfə əyilsəniz və sonra ilk topu buraxsanız, onun enerjisi və sürəti hərəkətsiz qalacaq üç aralıq top vasitəsilə sonuncuya köçürüləcəkdir. Və sonuncu top eyni sürətlə əyiləcək və birinci ilə eyni hündürlüyə qalxacaq. Sonra sonuncu top öz enerjisini və impulsunu ara toplar vasitəsilə birinciyə ötürəcək və s.

Yan tərəfə daşınan top maksimum potensial enerjiyə malikdir. Bu anda onun kinetik enerjisi sıfırdır. Hərəkət etməyə başladıqdan sonra potensial enerjisini itirir və ikinci topla toqquşma anında maksimuma çatan kinetik enerji qazanır və potensial enerji sıfıra bərabər olur. Sonra kinetik enerji ikinci, sonra üçüncü, dördüncü və beşinci toplara köçürülür. Sonuncu, kinetik enerji aldıqdan sonra hərəkət etməyə başlayır və ilk topun hərəkətinin başlanğıcında olduğu hündürlüyə qalxır. Bu anda onun kinetik enerjisi sıfırdır və potensial enerjisi maksimum dəyərinə bərabərdir. Sonra düşməyə başlayır və enerjini eyni şəkildə tərs qaydada toplara ötürür.

Bu, kifayət qədər uzun müddət davam edir və qeyri-mühafizəkar qüvvələr olmasaydı, qeyri-müəyyən müddətə davam edə bilərdi. Amma reallıqda sistemdə dağıdıcı qüvvələr hərəkət edir, onların təsiri altında toplar öz enerjilərini itirirlər. Onların sürəti və amplitudası tədricən azalır. Və sonda dayanırlar. Bu, enerjinin saxlanma qanununun yalnız qeyri-mühafizəkar qüvvələr olmadıqda təmin olunduğunu təsdiqləyir.

Təbiətdə baş verən bütün hadisələrdə enerji nə yaranır, nə də yox olur. O, yalnız bir növdən digərinə çevrilir, mənası isə dəyişməz qalır.

Enerjiyə qənaət qanunu- təcrid olunmuş fiziki sistem üçün sistemin parametrlərinin funksiyası olan və zamanla qorunan enerji adlanan skalyar fiziki kəmiyyətin təqdim oluna biləcəyindən ibarət olan fundamental təbiət qanunu. Enerjinin saxlanması qanunu konkret kəmiyyətlərə və hadisələrə aid olmadığından, hər yerdə və həmişə tətbiq olunan ümumi qanunauyğunluğu əks etdirdiyindən onu qanun deyil, enerjinin saxlanma prinsipi adlandırmaq olar.

Enerjiyə qənaət qanunu

Elektrodinamikada enerjinin saxlanma qanunu tarixən Poyntinq teoremi şəklində tərtib edilmişdir.

Müəyyən bir zaman intervalında müəyyən bir həcmdə olan elektromaqnit enerjisinin dəyişməsi, bu həcmi məhdudlaşdıran səthdən keçən elektromaqnit enerjisinin axınına və əks işarə ilə qəbul edilən bu həcmdə ayrılan istilik enerjisinin miqdarına bərabərdir.

$ \frac(d)(dt)\int_(V)\omega_(em)dV=-\oint_(\qismən V)\vec(S)d\vec(\sigma)-\int_V \vec(j)\ cdot \vec(E)dV $

Elektromaqnit sahəsi sahənin tutduğu məkanda paylanmış enerjiyə malikdir. Sahənin xüsusiyyətləri dəyişdikdə, enerji paylanması da dəyişir. Kosmosun bir sahəsindən digərinə axır, ola bilsin ki, başqa formalara çevrilir. Enerjiyə qənaət qanunuçünki elektromaqnit sahəsi sahə tənliklərinin nəticəsidir.

Bəzi qapalı səthin içərisində S, yer miqdarını məhdudlaşdırmaq V sahənin işğal etdiyi enerji ehtiva edir W- elektromaqnit sahəsinin enerjisi:

W=Σ(εε 0 E i 2 / 2 +μμ 0 H i 2 / 2)ΔV i.

Bu həcmdə cərəyanlar varsa, elektrik sahəsi bərabər hərəkət edən yüklər üzərində iş yaradır

N=Σ ij̅ i ×E̅ i . ΔV i.

Bu, digər formalara çevrilən sahə enerjisinin miqdarıdır. Maksvell tənliklərindən belə nəticə çıxır

ΔW + NΔt = -Δt∮ SS̅ × n̅. dA,

Harada ΔW— zamanla nəzərə alınan həcmdə elektromaqnit sahəsinin enerjisinin dəyişməsi Δt, vektor S̅ = E̅ × H̅çağırdı Poynting vektoru.

Bu elektrodinamikada enerjinin saxlanması qanunu.

Kiçik bir sahə vasitəsilə ölçüsü ΔA vahid normal vektor ilə n̅ vektor istiqamətində vahid vaxt başına n̅ enerji axınları S̅ × n̅.ΔA, Harada S̅- məna Poynting vektoru sayt daxilində. Bərabərliyin sağ tərəfində dayanan qapalı səthin bütün elementləri üzərində (inteqral işarəsi ilə göstərilən) bu kəmiyyətlərin cəmi vaxt vahidində səthlə məhdudlaşan həcmdən axan enerjini təmsil edir (əgər bu kəmiyyət mənfi olarsa). , sonra enerji həcmə axır). Poynting vektoru sahə vasitəsilə elektromaqnit sahəsinin enerjisinin axını müəyyən edir; elektrik və maqnit sahəsinin gücü vektorlarının vektor məhsulu sıfırdan fərqli olduğu yerdə sıfırdan fərqlidir.

Elektrik enerjisinin praktiki tətbiqinin üç əsas sahəsini ayırd etmək olar: məlumatın ötürülməsi və çevrilməsi (radio, televiziya, kompüterlər), impulsun və bucaq momentumunun ötürülməsi (elektrik mühərrikləri), enerjinin çevrilməsi və ötürülməsi (elektrik generatorları və elektrik xətləri). Həm impuls, həm də enerji sahə tərəfindən boş yer vasitəsilə ötürülür; bir mühitin olması yalnız itkilərə səbəb olur. Enerji naqillər vasitəsilə ötürülmür! Belə konfiqurasiyanın elektrik və maqnit sahələrini yaratmaq üçün cərəyan keçirən naqillərə ehtiyac var ki, kosmosun bütün nöqtələrində Poynting vektorları ilə təyin olunan enerji axını enerji mənbəyindən istehlakçıya yönəlsin. Enerji naqillər olmadan ötürülə bilər, sonra isə elektromaqnit dalğaları ilə aparılır. (Günəşin daxili enerjisi azalır və elektromaqnit dalğaları, əsasən də işıq tərəfindən daşınır. Bu enerjinin bir hissəsi sayəsində Yerdəki həyat təmin edilir.)

Enerjiyə qənaət qanunu

Mexanikada enerjinin saxlanması qanunu bildirir ki, zərrəciklərin qapalı sistemində kinetik və potensial enerjinin cəmi olan və zamandan asılı olmayan ümumi enerji, yəni hərəkətin inteqralıdır. Enerjinin saxlanması qanunu yalnız qapalı sistemlər üçün, yəni xarici sahələr və ya qarşılıqlı təsirlər olmadıqda etibarlıdır.

Mexanik enerjinin saxlanma qanununun təmin edildiyi cisimlər arasında qarşılıqlı təsir qüvvələrinə konservativ qüvvələr deyilir. Sürtünmə qüvvələri üçün mexaniki enerjinin saxlanması qanunu təmin edilmir, çünki sürtünmə qüvvələrinin mövcudluğunda mexaniki enerji istilik enerjisinə çevrilir.

Riyazi tərtib

Nyutonun ikinci qanununa görə kütlələri \(m_i\) olan maddi nöqtələrin mexaniki sisteminin təkamülü tənliklər sistemini təmin edir.

\[ m_i\nöqtə(\mathbf(v)_i) = \mathbf(F)_i \]

Harada
\(\mathbf(v)_i \) maddi nöqtələrin sürətləri, \(\mathbf(F)_i \) isə bu nöqtələrə təsir edən qüvvələrdir.

Qüvvələri potensial qüvvələrin \(\mathbf(F)_i^p \) və qeyri-potensial qüvvələrin \(\mathbf(F)_i^d \) cəmi kimi təqdim etsək və potensial qüvvələri formada yazsaq.

\[ \mathbf(F)_i^p = - \nabla_i U(\mathbf(r)_1, \mathbf(r)_2, \ldots \mathbf(r)_N) \]

sonra bütün tənlikləri \(\mathbf(v)_i \) ilə çarparaq əldə edə bilərik

\[ \frac(d)(dt) \sum_i \frac(mv_i^2)(2) = - \sum_i \frac(d\mathbf(r)_i)(dt)\cdot \nabla_i U(\mathbf(r) )_1, \mathbf(r)_2, \ldots \mathbf(r)_N) + \sum_i \frac(d\mathbf(r)_i)(dt) \cdot \mathbf(F)_i^d \]

Tənliyin sağ tərəfindəki ilk cəm mürəkkəb funksiyanın zaman törəməsindən başqa bir şey deyil və buna görə də qeydi təqdim etsək

\[ E = \sum_i \frac(mv_i^2)(2) + U(\mathbf(r)_1, \mathbf(r)_2, \ldots \mathbf(r)_N) \]

və bu dəyəri adlandırın mexaniki enerji, onda t=0 vaxtından t zamanına qədər olan tənlikləri inteqral etməklə əldə edə bilərik

\[ E(t) - E(0) = \int_L \mathbf(F)_i^d \cdot d\mathbf(r)_i \]

burada inteqrasiya maddi nöqtələrin hərəkət trayektoriyaları boyunca həyata keçirilir.

Beləliklə, maddi nöqtələr sisteminin mexaniki enerjisinin zamanla dəyişməsi qeyri-potensial qüvvələrin işinə bərabərdir.

Mexanikada enerjinin saxlanması qanunu yalnız bütün qüvvələrin potensial olduğu sistemlər üçün təmin edilir.

Javascript brauzerinizdə deaktiv edilib.
Hesablamaları yerinə yetirmək üçün ActiveX nəzarətlərini aktivləşdirməlisiniz!

Mexanik enerjinin saxlanması qanunu müxtəlif enerji növlərini birləşdirir, onları daha ətraflı nəzərdən keçirək. Onun praktik tətbiqi imkanlarını öyrənək.

Fiziki sistemin xüsusiyyətləri

Mexanik enerjinin saxlanma qanununun riyazi formalaşdırılması kinetik və potensial enerjiyə aiddir.

Qanunun mahiyyəti ondan ibarətdir ki, bir formanı digər formaya çevirməyə icazə verilir, ümumi dəyəri isə dəyişməz qalır. Fizikanın müxtəlif sahələrində bu qanunun öz tənzimləmələri var. Məsələn, termodinamikada birinci qanun fərqləndirilir, klassik mexanikada qorunma qanunundan istifadə olunur, elektrodinamikada isə Poyntinq teoremi əsasında hesablamalar aparılır.

Əsas məna

Mexanik enerji necə təyin olunur? Mexanik enerjinin saxlanma qanunu Noeter teoremi ilə izah olunur. O, qanunun vaxt çərçivələri və mexanikanın digər fundamental prinsipləri ilə bağlı müstəqilliyini izah edir. Nyuton nəzəriyyəsi enerjinin saxlanması qanununun xüsusi halının istifadəsi ilə xarakterizə olunur.

Bu qanunu keyfiyyətcə necə təsvir etmək olar? Qapalı sistemdə potensial və kinetik formaların cəmi dəyişməz olaraq qalır.

Əgər sistemə başqa qüvvələr təsir etmirsə, onda onun yoxa çıxması və görünüşü müşahidə olunmur. Mexanik enerjinin saxlanması qanunu necə əsaslandırıldı? Bir çox alimlərin laboratoriya işi kinetik enerjinin potensial formaya keçidinin öyrənilməsinə əsaslanırdı. Məsələn, riyazi sarkacın vəziyyətini təhlil edərkən iki növün ümumi dəyərinin dəyişməzliyini təsdiqləmək mümkün idi.

Termodinamikanın əsasları

Mexanik enerji necə hesablanır? Mexanik enerjinin saxlanma qanununu termodinamikanın birinci qanununa tətbiq etmək olar. Sistemin bir vəziyyətdən digər vəziyyətə keçməsi zamanı onun daxili enerjisinin dəyişməsi sistemə ötürülən istilik miqdarının və xarici qüvvələrin işinin cəmi vasitəsilə nəzərə alınır.

Sürətin və mexaniki enerjinin saxlanması qanunu davamlı işləyən mühərrikin əldə edilməsinin çətinliyini izah edir.

Mayelərin xassələrinin öyrənilməsi

İdeal mayelərin hidrodinamikası üçün Bernulli tənliyi yaradılmışdır. Onun mahiyyəti vahid sıxlığa malik olan mayenin sabitliyidir.

Mexanik enerji necə öyrənildi? Mexanik enerjinin saxlanma qanunu eksperimental olaraq təyin olundu. 19-cu əsrin əvvəllərində Gay-Lussac qazın genişlənməsi ilə onun istilik tutumu arasında əlaqə tapmağa çalışdı. O, nəzərdən keçirilən prosesdə sabit temperaturun qurulmasına nail olub.

Qanunun tarixi

19-cu əsrdə M.Faradeyin təcrübələrindən sonra maddənin müxtəlif növləri arasında əlaqə aşkar edilmişdir. Məhz bu tədqiqatlar qorunma qanununun yaranması üçün əsas oldu. Ümumi mexaniki enerji nədir? Enerjinin saxlanması qanunu fransız fiziki Sadi Karnotun apardığı təcrübələr nəticəsində belə adlandırılıb. O, sistemdə görülən iş ilə ayrılan istilik miqdarı arasında əlaqəni eksperimental olaraq müəyyən etməyə çalışıb.

Məhz Karno istiliklə iş arasında əlaqə yaratmağa, yəni qorunma qanununa əsaslanaraq termodinamikanın birinci qanununu formalaşdırmağa nail oldu. James Prescott Joule, metal nüvəli bir solenoidin elektromaqnit sahəsində fırlanması zamanı yaranan istiliyin miqdarını ölçməyə yönəlmiş bir sıra klassik təcrübələr apardı.

O, müəyyən edə bildi ki, təcrübələrdə ayrılan istilik miqdarı cərəyanın kvadrat dəyərinə düz mütənasibdir. Sonrakı təcrübələrdə Joule müəyyən bir hündürlükdən düşən çəki ilə sarğı əvəz etdi. Alim yaranan istilik miqdarı ilə yükün enerjisinin riyazi göstəricisi arasında əlaqə qura bilmişdir.

Robert Mayer enerjinin saxlanması qanununun universal tətbiqi üçün maraqlı bir fərziyyə irəli sürdü. Alman həkim insan sistemlərinin fəaliyyətini öyrənərkən, qidanın işlənməsi zamanı orqanizmdən ayrılan istilik miqdarını təhlil etmək qərarına gəlib. O, bu işdə görülən işlərin həcmi ilə maraqlanıb. Mayer insan orqanizmində baş verən proseslər üçün enerjinin saxlanması qanunundan istifadənin mümkünlüyünü təsdiq edərək, istilik və iş arasında əlaqə qurmağı bacardı.

Hermann Helmholtz, Joule və Mayerin tədqiqatlarına əsaslanaraq potensial enerjinin ilk xarakteristikasını verdi. Onun mülahizələri kinetik (canlı) enerji ilə gərginlik qüvvələri (potensial enerji) arasındakı əlaqəyə əsaslanırdı.

Nəticə

Baxılan sistemə xas olan bir neçə növ enerjinin ümumi göstəricisinin dəyişməzliyini izah edən qanun bu gün də aktual olaraq qalır. Qanunun kəşfi fizika elmlərinin inkişafına töhfə verdi və elm və texnologiyada nəzərdən keçirilən innovativ proseslər üçün başlanğıc nöqtəsi oldu. Məhz mexaniki enerjinin qorunma qanununun öyrənilməsi və laboratoriya təcrübəsi canlı təbiətin vəhdətinin müfəssəl əsaslandırılmasına çevrildi.

O, bir formadan digərinə keçid qanunauyğunluğunu göstərir, maddənin formaları arasında daxili əlaqələrin dərinliyini ortaya qoyur. Canlı və cansız təbiətdə baş verən istənilən hadisəni bu qanundan istifadə etməklə asanlıqla izah etmək olar. Məktəb kurikulumunda müxtəlif hərəkət növləri arasında əlaqənin riyazi təsvirinin çıxarılmasına xüsusi diqqət yetirilir və termodinamik sistemin əsasları nəzərdən keçirilir. Fizika üzrə vahid dövlət imtahanında bu əlaqənin istifadəsini nəzərdə tutan problemlər təklif olunur.

Müəyyən vaxt ərzində cisimlərin mövqeyinin dəyişməsi ilə bağlı Günəş sistemində baş verən prosesləri əsas fiziki qaydalar baxımından izah etmək olar. Cismlərin mexaniki hərəkətini öyrənərkən kinetikdən potensial formaya keçid aktualdır. Ümumi göstəricinin sabit olacağını bilərək, riyazi hesablamalar apara bilərsiniz.

2-3, §9-11

Mühazirənin xülasəsi

İş və güc

İmpulsun saxlanması qanunu.

Enerji. Potensial və kinetik enerji. Enerjiyə qənaət qanunu.

1. İş və güc

Bədən müəyyən bir qüvvənin təsiri altında hərəkət etdikdə, qüvvənin hərəkəti mexaniki iş adlanan kəmiyyətlə xarakterizə olunur.

Mexanik iş- cisimlərin hərəkət etdiyi qüvvənin hərəkət ölçüsü.

Daimi güc işi.Əgər cisim sabit qüvvənin təsiri altında hərəkət istiqaməti ilə müəyyən bucaq  yaradan düzxətli hərəkət edirsə. (şək. 1), iş qüvvənin tətbiqi nöqtəsinin və vektorları arasında  bucağının kosinusunun yerdəyişməsi ilə bu qüvvənin hasilinə bərabərdir; və ya iş qüvvə vektoru ilə yerdəyişmə vektorunun skalyar hasilinə bərabərdir:

Dəyişən qüvvə işi. Dəyişən qüvvənin gördüyü işi tapmaq üçün getdiyi yol çoxlu sayda kiçik hissələrə bölünür ki, onlar düzxətli hesab olunsun və bu hissənin istənilən nöqtəsində təsir edən qüvvə sabit hesab olunsun.

Elementar iş (yəni elementar bölmə üzərində iş) -ə bərabərdir və dəyişən qüvvənin bütün S yolu boyunca bütün işi inteqrasiya ilə tapılır: .

Dəyişən qüvvənin işinə misal olaraq, Huk qanununa tabe olan yayın deformasiyası (uzatması) zamanı görülən işi nəzərdən keçirək.

Əgər ilkin deformasiya x 1 =0 olarsa, onda .

Yay sıxıldıqda, eyni iş aparılır.

G işin qrafik təsviri (şək. 3).

Qrafiklərdə iş ədədi olaraq kölgəli fiqurların sahəsinə bərabərdir.

İşin sürətini xarakterizə etmək üçün güc anlayışı təqdim olunur.

Sabit qüvvənin gücü ədədi olaraq bu qüvvənin zaman vahidi üçün gördüyü işə bərabərdir.

1 Vt 1 saniyədə 1 J iş görən qüvvənin gücüdür.

Dəyişən güc vəziyyətində (müxtəlif işlər kiçik bərabər vaxtlarda aparılır), ani güc anlayışı təqdim olunur:

Harada
qüvvənin tətbiqi nöqtəsinin sürəti.

Bu. güc qüvvə və sürətin skalyar hasilinə bərabərdir onun tətbiqi məqamları.

Çünki

2. İmpulsun saxlanması qanunu.

Mexanik sistem nəzərdən keçirmək üçün seçilmiş cisimlər toplusudur. Mexanik sistemi təşkil edən cisimlər həm bir-biri ilə, həm də bu sistemə aid olmayan cisimlərlə qarşılıqlı əlaqədə ola bilər. Buna uyğun olaraq sistemin cisimlərinə təsir edən qüvvələr daxili və xarici bölünür.

Daxili sistemin cisimlərinin bir-biri ilə qarşılıqlı təsir göstərdiyi qüvvələrdir

Xarici verilmiş sistemə aid olmayan cisimlərin təsiri nəticəsində yaranan qüvvələr adlanır.

Bağlı(və ya təcrid olunmuş) xarici qüvvələr tərəfindən təsirlənməyən cisimlər sistemidir.

Qapalı sistemlər üçün üç fiziki kəmiyyət dəyişməz (saxlanılan) olur: enerji, impuls və bucaq impulsu. Buna uyğun olaraq üç qorunma qanunu var: enerji, impuls, bucaq impulsu.

İmpulsları olan 3 cisimdən ibarət sistemi nəzərdən keçirək
və xarici qüvvələr tərəfindən təsirlənən (şək. 4) Nyutonun 3-cü qanununa görə, daxili qüvvələr ikili bərabərdir və əks istiqamətlidir:

Daxili qüvvələr:

Gəlin bu cisimlərin hər biri üçün dinamikanın əsas tənliyini yazaq və bu tənlikləri həd-həd əlavə edək

N bədən üçün:

.

Mexanik sistemi təşkil edən cisimlərin impulslarının cəminə sistemin impulsu deyilir:

Beləliklə, mexaniki sistemin impulsunun zaman törəməsi sistemə təsir edən xarici qüvvələrin həndəsi cəminə bərabərdir,

Qapalı sistem üçün
.

İmpulsun saxlanması qanunu: maddi nöqtələrin qapalı sisteminin impulsu sabit qalır.

Bu qanundan belə çıxır ki, hər hansı silahdan atəş açarkən geri çəkilmə qaçılmazdır. Atış zamanı güllə və ya mərmi bir istiqamətə, tüfəng və ya silah isə əks istiqamətə yönəlmiş impuls alır. Bu təsiri azaltmaq üçün, silahın kinetik enerjisi elastik deformasiyanın potensial enerjisinə və geri çəkilmə cihazının daxili enerjisinə çevrildiyi xüsusi geri çəkilmə qurğularından istifadə olunur.

Gəmilərin (sualtı qayıqların) avarlı təkərlərin və pervanelərin, su reaktiv dəniz mühərriklərinin (nasos dəniz suyunu udub arxa tərəfə atır) köməyi ilə hərəkətinin əsasında impulsun saxlanması qanunu dayanır. Bu zaman müəyyən miqdarda su özü ilə müəyyən bir impuls alaraq geri atılır və gəmi irəliyə yönəlmiş eyni impuls əldə edir. Eyni qanun reaktiv hərəkətin əsasını təşkil edir.

Tamamilə qeyri-elastik təsir- iki cismin toqquşması, nəticədə cisimlər birləşərək vahid bütövlükdə irəliləyir. Belə bir təsirlə mexaniki enerji qismən və ya tamamilə toqquşan cisimlərin daxili enerjisinə çevrilir, yəni. enerjinin saxlanma qanunu ödənilmir, yalnız impulsun saxlanması qanunu təmin edilir.

,

Mütləq elastik və tamamilə qeyri-elastik təsirlər nəzəriyyəsi nəzəri mexanikada zərbə qüvvələrindən cisimlərdə yaranan gərginlikləri və deformasiyaları hesablamaq üçün istifadə olunur. Bir çox təsir problemlərini həll edərkən, onlar tez-tez müxtəlif dəzgah testlərinin nəticələrinə etibar edir, onları təhlil edir və ümumiləşdirirlər. Zərbə nəzəriyyəsi partlayıcı proseslərin hesablamalarında geniş istifadə olunur; hissəciklər fizikasında nüvə toqquşmalarının hesablanmasında, hissəciklərin nüvələr tərəfindən tutulmasında və digər proseslərdə istifadə olunur.

Zərbə nəzəriyyəsinə böyük töhfə verən rus akademiki Ya.B.Zeldoviç 30-cu illərdə raket ballistikasının fiziki əsaslarını inkişaf etdirərkən, yüksək sürətlə uçan bir cismin təsirinin mürəkkəb problemini həll etdi. mühitin səthi.