İçerik
- Newton'un Hareket Yasaları
- Fizikte Korunan Miktarlar
- Enerji Dönüşümleri ve Enerji Formları
- Enerji Transferi Örnekleri
- İzleme Enerji Tasarrufu
- Kinematik Örneği: Serbest Düşüş
- Einstein'dan ne haber?
- Sürekli Hareket Makinesi?
Çünkü fizik madde ve enerji akışının incelenmesidir. enerji korunumu yasası bir fizikçinin çalıştığı her şeyi ve onun çalışmayı nasıl sürdürdüğünü açıklamak için anahtar bir fikirdir.
Fizik, birimleri veya denklemleri ezberlemekle ilgili değildir, ancak benzerliklerin bir bakışta belirgin olmasa bile, tüm parçacıkların nasıl davrandığını düzenleyen bir çerçeve ile ilgilidir.
Termodinamiğin birinci yasası bu enerji korunumu yasasının ısı enerjisi bakımından yeniden ifade edilmesidir: içsel enerji Bir sistemde, sistem üzerinde yapılan tüm işlerin toplamına, artı sisteme giren veya çıkan ısı eksi olmalıdır.
Fizikte bilinen bir diğer koruma ilkesi, kütlenin korunumu yasasıdır; keşfedeceğiniz gibi, bu iki koruma kanunu - ve burada diğer iki kişi ile de tanışacaksınız - gözle (ya da beyni) karşıladığından daha yakından ilgilidir.
Newton'un Hareket Yasaları
Evrensel fiziksel ilkeler üzerinde yapılan herhangi bir çalışma, yüzlerce yıl önce Isaac Newton tarafından oluşturulan üç temel hareket yasası gözden geçirilerek desteklenmelidir. Bunlar:
Fizikte Korunan Miktarlar
Fizikteki koruma yasaları, yalnızca gerçekten yalıtılmış sistemlerde matematiksel mükemmellik için geçerlidir. Günlük yaşamda, bu tür senaryolar nadirdir. Dört korunmuş miktar kitle, enerji, moment ve açısal momentum. Bunların son üçü mekaniğin kullanım alanına giriyor.
kitle bu sadece bir şeyin meselesidir ve yerçekimi nedeniyle yerel ivmelenme ile çarpıldığında sonuç ağırlıktır. Kütle, enerjiden daha fazla yok edilemez ya da sıfırdan yaratılamaz.
moment kütle nesnelerinin çarpımı ve hızıdır (m ·v). İki veya daha fazla çarpışan partikül sisteminde, sistemin toplam momentumu (nesnelerin bireysel momentlerinin toplamı), dış cisimlerle sürtünme kayıpları veya etkileşimleri olmadığı sürece asla değişmez.
Açısal momentum (L) sadece dönen bir nesnenin ekseni etrafındaki momentumdur ve eşittir m.v · rburada, r, nesneden dönme eksenine olan mesafedir.
Enerji bir kısmı diğerlerinden daha yararlı olan birçok biçimde görünür. Tüm enerjinin nihayetinde varoluşu olduğu biçim olan ısı, yararlı işe koyma açısından en az faydalıdır ve genellikle bir üründür.
Enerjinin korunumu yasası yazılabilir:
KE + PE + IE = E
KE = kinetik enerji = (1/2) mv2, PE = potansiyel enerji (m'ye eşitgh yerçekimi yalnızca hareket eden, ancak diğer biçimlerde görülen kuvvet olduğunda), IE = iç enerji ve E = toplam enerji = sabit.
Enerji Dönüşümleri ve Enerji Formları
Evrendeki tüm enerji Büyük Patlama'dan doğdu ve bu toplam enerji miktarı değişemez. Bunun yerine kinetik enerjiden (hareket enerjisinden) ısı enerjisine, kimyasal enerjiden elektrik enerjisine, çekim potansiyel enerjisinden mekanik enerjiye vb. Sürekli değişen enerji formları gözlemliyoruz.
Enerji Transferi Örnekleri
Isı özel bir enerji türüdür (Termal enerji(bunda belirtildiği gibi) insanlar için diğer biçimlerden daha az faydalıdır.
Bu, bir sistemin enerjisinin bir kısmı ısıya dönüştürüldüğü zaman, ek enerji alan ek bir işin girişi olmadan kolayca daha kullanışlı bir forma geri döndürülemediği anlamına gelir.
Güneşin her saniyesinde ortaya çıkan şiddetli radyant enerji miktarıdır ve hiçbir zaman geri alamaz ya da tekrar kullanamaz, bu galaksinin ve evrenin bir bütün olarak sürekli olarak açıldığı bu gerçekliğin sürekli bir kanıtıdır. Bu enerjinin bir kısmı, kendi gıdalarını yapan bitkilerde fotosentez dahil, aynı zamanda hayvanlar ve bakteriler için yiyecek (enerji) sağlayan vb. Dahil, Dünya üzerindeki biyolojik işlemlerde “yakalanır”.
Güneş pilleri gibi insan mühendisliği ürünleri tarafından da yakalanabilir.
İzleme Enerji Tasarrufu
Lise fizik öğrencileri genellikle incelenen sistemin toplam enerjisini göstermek ve değişikliklerini izlemek için pasta grafikler ya da çubuk grafikler kullanırlar.
Pastadaki (veya çubukların toplamlarının toplamı) toplam enerji miktarı değişemediğinden, dilimlerdeki veya çubuk kategorilerindeki fark, herhangi bir noktadaki toplam enerjinin ne kadarının bir enerji türü olduğunu gösterir.
Bir senaryoda, bu değişiklikleri izlemek için farklı noktalarda farklı grafikler gösterilebilir. Örneğin, çoğu durumda israfı temsil eden termal enerji miktarının neredeyse her zaman arttığını unutmayın.
Örneğin, bir topu 45 derecelik bir açıyla fırlatırsanız, başlangıçta enerjisinin tamamı kinetiktir (çünkü h = 0) ve daha sonra topun en yüksek noktasına ulaştığı noktada, potansiyel enerji toplam enerji en yüksektir.
Hem yükseldikçe hem de düşerken, enerjisinin bir kısmı havadan sürtünme kuvvetleri sonucu ısıya dönüşür, dolayısıyla KE + PE bu senaryoda sabit kalmaz, ancak toplam enerji E hala sabit kalırken azalır .
(Enerji değişimlerini izleyen pasta / çubuk grafikler içeren bazı örnek şemalar ekleyin.
Kinematik Örneği: Serbest Düşüş
Zeminden 100 m (yaklaşık 30 kat) bir çatıdan 1,5 kg'lık bir bowling topu tutarsanız, değerine göre potansiyel enerjisini hesaplayabilirsiniz. g = 9,8 m / s2 ve PE = mgh:
(1,5 kg) (100 m) (9,8 m / s2) = 1.470 Jul (J)
Topu serbest bırakırsanız, top düştükçe ve hızlandıkça sıfır kinetik enerjisi daha hızlı artar. Zemine ulaştığı anda, KE sorunun başlangıcındaki PE değerine eşit veya 1,470 J olmalıdır.
KE = 1.470 = (1/2) mv2 = (1/2) (1.5 kg)v2
Sürtünmeden dolayı enerji kaybı olmadığını varsayarak, mekanik enerjinin korunmasını hesaplamanızı sağlar v, olduğu ortaya çıkıyor 44,3 m / s.
Einstein'dan ne haber?
Fizik öğrencileri ünlülerin kafasını karıştırmış olabilir. kütle-enerji denklem (E = mc2), yasasına meydan okuyor mu merak ediyorum enerjinin korunumu (veya kütlenin korunumu) Kütle ima ettiğinden beri enerjiye ve tam tersine dönüştürülebilir.
Aslında her iki yasayı da ihlal etmiyor, çünkü kütle ve enerjinin aslında aynı şeyin farklı biçimleri olduğunu gösteriyor. Klasik ve kuantum mekaniği durumlarının farklı talepleri göz önüne alındığında, bunları farklı birimlerde ölçmeye benziyor.
Evrenin sıcak ölümünde, termodinamiğin üçüncü yasasına göre, tüm maddeler termal enerjiye dönüştürülmüş olacak. Bu enerji dönüşümü tamamlandığında, en azından Büyük Patlama gibi başka bir varsayımsal tekil olay olmadan, daha fazla dönüşüm gerçekleşemez.
Sürekli Hareket Makinesi?
Dünya'da "sürekli hareket eden bir makine" (örneğin, aynı zamanlamayla sallanan ve hiç yavaşlamadan süpürme yapan bir sarkaç), hava direnci ve buna bağlı enerji kayıpları nedeniyle imkansızdır. Gizmo'nun devam etmesini sağlamak için bir noktada bir dış çalışma girdisi gerekir, böylece amaç yitirilir.