Energia všeobecne
obsah1.4. Úspora energie (d. Energia všeobecne)
Napríklad rotujúca minca na obrázku s postupne stráca svoju kinetickú energiu a mohli by sme si myslieť, že je narušená úspora energie. Ale keď existuje trenie medzi dvoma povrchmi, produkuje teplo. Takže kinetická energia mince sa postupne mení na teplo.
s/Mena, ktorá sa krúti, ale potom spomaľuje. Možno si myslíte, že je porušená úspora energie, ale nie je to tak.
Jedným zo spôsobov, ako urobiť množstvo foriem energie menej desivými, je pochopiť, že mnoho foriem energie, ktoré sa na prvý pohľad javia ako odlišné, je v skutočnosti jedno a to isté.
Dôležitým príkladom je teplo, čo je vlastne kinetická energia molekúl v náhodnom pohybe. Aj keď som si teda myslel, že existujú dve formy energie, v skutočnosti existuje iba jedna.
zvuk je to tiež forma kinetickej energie: predstavuje vibráciu molekúl vzduchu.
Tento typ fúzie rôznych druhov energie je proces, ktorý vo fyzike trvá už dlho a v tomto bode sme sa dostali do bodu, keď sa zdá, že existuje iba štyri formy energie:
1. kinetická energia
2. potenciálna energia
3. elektrina
4. jadrová energia
S jadrovou energiou sa v každodennom živote ani nestretávame (až na to, že slnečné žiarenie je pôvodne jadrová energia), takže zoznam môžeme považovať iba za tri položky. Z týchto troch je elektrina jediná, o ktorej sme ešte nehovorili. Interakcie medzi atómami sú zvyčajne elektrické, takže táto forma energie je zodpovedná za chémiu. Energia v potravinách, ktoré konzumujete, alebo v plechovke benzínu, je formou elektriny.
Na obrázku nižšie sú znázornené dve rampy, na ktorých sa budú kotúľať dve guľky. Porovnajte ich konečné rýchlosti, keď dosiahnu bod B. Zvážte zanedbateľné trenie.
t/príklad 6
Každá guľka stratí z dôvodu zmenšenej vzdialenosti od Zeme rovnakú potenciálnu energiu a zachovanie energie hovorí, že musí získať rovnaké množstvo kinetickej energie (mínus trochu tepla spôsobeného trením). Lopty padajú z rovnakej výšky, takže ich konečné rýchlosti musia byť rovnaké.
Príklad 7: Ako sa objavili hviezdy
u/Constellation Orion
Príklad 8: Zdvíhanie závažia
V telocvični zdvihnite 40 kg stôl do výšky 0,5 m. Koľko potenciálnej energie je potrebných? Odkiaľ pochádza táto energia?
Sila gravitačného zrýchlenia je 10 joulov na meter, takže po zdvihnutí závažia bude jeho potenciálna energia o 10 x 40 x 0,5 = o 200 joulov vyššia.
Energia sa šetrí, takže ak hmotnosť prijíma gravitačnú energiu, niečo iné vo vesmíre stráca. Energia, ktorá sa spotrebuje, je energia vášho tela, ktorá pochádza z potravy, ktorú ste jedli. Hovoríme o tom ako o „spaľovaní kalórií“, keďže energia obsiahnutá v potravinách sa všeobecne vyjadruje v kalóriách, nie v jouloch.
Vaše telo v skutočnosti spotrebúva viac ako 200 J energie z potravy, pretože nie je veľmi efektívne. Zvyšok energie sa premení na teplo, a preto budete po tréningu potrebovať sprchu. Môžeme to zhrnúť do
potravinová energia -> potenciálna energia + teplo
Príklad 9: Zníženie hmotnosti
Po zdvíhaní závažia ho musíme znížiť. Čo sa deje energeticky? Vaše telo nemôže brať energiu a obnovovať ju. Potenciálna energia sa úplne premení na teplo. (Vo fyzikálnych zákonoch nie je nič zásadného, čomu by sa dalo zabrániť. Elektrické autá to dokážu - keď zastavíte na doraz, kinetická energia vozidla je absorbovaná batériou cez generátor.)
Príklad 10: Absorpcia a emisia svetla
Svetlo má energiu. Svetlo môže byť absorbované hmotou a transformované na teplo, ale je možný aj opačný proces: objekt môže vyžarovať svetlo a transformovať časť svojho tepla na svetlo. Budú viditeľné veľmi horúce predmety, ako napríklad plameň sviečky alebo zvárací horák, ako na obrázku v.
v/Zváranie
Predmety pri nižších teplotách budú tiež vyžarovať svetlo, ale v infračervenej časti spektra, tj v tej časti dúhy, ktorá má červenú farbu, pre človeka nepostrehnuteľná. Fotografie na obrázku w boli snímané infračervenou kamerou. Cyklista zrazu stlačil zadnú brzdu a zastavil šmykom. Kinetická energia bicykla a jeho tela sa trením medzi kolesom a zemou rýchlo mení na teplo. V prvej časti môžete vidieť svetlo na zahriatú časť zeme a v druhej na koleso.
príklad 10
Príklad 11: Ťažšie predmety nespadajú rýchlejšie ako ľahšie
Vstaňte, vyzujte sa a položte ich vedľa oveľa menej masívneho predmetu, napríklad mince alebo čiapky.
Si prekvapený? Zistili ste, že sa obidve dotýkajú zeme súčasne. Aristoteles napísal, že ťažšie predmety padajú rýchlejšie ako ľahšie. Mýlil sa, ale Európania mu verili tisíce rokov, čiastočne preto, že experimenty neboli akceptovanou metódou určovania a čiastočne preto, že ho katolícka cirkev označila za jeho oficiálneho filozofa.
Ťažké a ľahké objekty padajú rovnako, pretože zákony konzervácie sú aditívne - celkovú energiu objektu objavíme súčtom energií všetkých jeho atómov. Ak jediný atóm spadne z výšky jedného metra, stratí určité množstvo potenciálnej energie a prijme zodpovedajúce množstvo kinetickej energie. Kinetická energia závisí od rýchlosti, takže určuje, ako rýchlo sa bude objekt pohybovať na konci pádu 1 metra. (Rovnaké zdôvodnenie možno uplatniť na akýkoľvek bod od 0 metrov do jedného).
Čo ak spojíme dva atómy? Dvojica má dvojitú hmotnosť, takže množstvo potenciálnej energie, ktorá sa premení na kinetickú energiu, je dvojnásobné. Ale dvojitá kinetická energia je presne to, čo potrebujeme, aby dvojica atómov mala rovnakú rýchlosť, akú mal jediný atóm. Pri pokračovaní v tomto uvažovaní nezáleží na tom, koľko atómov bude mať objekt; bude mať rovnakú rýchlosť ako akýkoľvek iný predmet, ak spadnete z rovnakej výšky.