Енергія

Тепер, познайомившись з основними фізичними явищами і процесами, ми приступимо до вивчення самої основний і фундаментальної проблеми фізики, можна сказати, самої її суті. Цю суть називають енергією. Для того щоб у світі хоч що-небудь відбувалося, потрібно її «втручання». Один з основних законів фізики – закон збереження енергії – стверджує, що існує певна величина, яка називається енергією, яка ніколи і ні за яких обставин не змінюється. Однак цей закон справедливий тільки для ізольованих систем, т. Е. Для тих випадків, коли енергія не надходить у систему ззовні і не виходить з неї назовні. За типом ізольованості від зовнішнього середовища всі системи можна розділити на три типи (рис. 88).
1. Відкриті системи обмінюються з зовнішнім середовищем речовиною та енергією.
2. Закриті системи обмінюються з зовнішнім середовищем тільки енергією, але не речовиною.
3. Ізольовані системи не обмінюються із зовнішнім середовищем ні енергією, ні речовиною.
Каструля з окропом без кришки – це відкрита система, так як каструля буде остигати і вода з неї буде випаровуватися. Якщо цю каструлю закрити кришкою, то вона стане закритою системою, оскільки остигати вона все одно буде, але кількість води в ній буде залишатися незмінним. І нарешті, якщо закриту каструлю загорнути в чотири ватних ковдри, то вона, хоч і з деякою натяжкою, стане ізольованою системою.
Закон збереження енергії стверджує, що в ізольованій системі енергія завжди і за будь-яких обставин залишиться незмінною, що б у цій системі не відбувалося. Якщо ж ми виявимо, що енергія в ній зменшилася або збільшилася, значить, наша система не зовсім ізольована, і це зміна супроводжується, відповідно, збільшенням або зменшенням енергії десь в іншому місці.

Енергія є міру руху усього, що існує у світі. Якщо тіло рухається або за певних умов здатне самостійно рухатися, значить, воно має енергію. Під впливом діючих сил енергія тіла змінюється, і при цьому тіло здійснює роботу. Якщо будь-яке тіло або система А діє з якоїсь силою на тіло або систему В, то воно здійснює над ним роботу. При цьому енергія А зменшується, а енергія В рівно на стільки ж збільшується.
Зазвичай у фізиці знайомство з енергією починають з вивчення механічної роботи та механічної енергії. У механіці під роботою розуміють твір діючої сили на відстань, пройдену тілом під дією цієї сили. Однак часто це визначення наштовхується на нерозуміння. Припустимо, нам треба пересунути шафу на 5 м. Для того щоб це зробити, потрібно прикласти силу. Потім, помноживши цю силу на відстань, ми визначимо вироблену роботу. Але виникає два питання. По-перше, чим визначається сила, яку треба прикласти до шафи? Ясно, що вона залежить від маси шафи, але також ясно, що однозначно вона нею не визначається: адже штовхати шафу по гладенькій підлозі значно легше, ніж по ворсистому килиму. По-друге, рухаючи шафа, ми, без всякого сумніву, витрачаємо енергію. Але куди вона дівається? Адже, опинившись в іншому кутку кімнати, шафа не набуває ніякої додаткової енергії і в цьому сенсі його положення нічим не відрізняється від колишнього. Як бачите, на побутовому рівні розібратися з цією проблемою важко. Тому спробуємо підійти до неї більш строго.
У тих же підручниках фізики вводять поняття потенційної і кінетичної енергії. Механічна енергія являє собою окремий випадок енергії взагалі. Крім неї існують і інші види енергії, наприклад теплова, електрична, ядерна та ін. Для всіх видів енергії справедливий закон збереження енергії: що б не відбувалося в системі (якщо, звичайно, вона ізольована і її запас енергії не поповнюється і не убуває), сума її потенційної і кінетичної енергії буде залишатися постійною.

Посилання на основну публікацію