68. Закон зберігання й перетворення енергії.

Р озглянемо вільне падіння тіла. Хай тіло маси підняте на висоту у положення 1 (рис. 78). Поки тіло не рухається, його кінетична енергія . Візьмемо за початкове положення — положення на поверхні землі. Тоді потенціальна енергія в положенні 1 буде:

Сума обох видів енергії

Припустимо тепер, що тіло почало вільно падати і дійшло в положення 1 до положення 2, пройшовши шлях

Кінетична енергія в положенні 2 буде:

Рух — рівномірно - прискорений. Отже,

Значить:

Потенціальна енергія в положенні 2 буде менша, а саме:

Загальна енергія тіла в положенні 2:

Отже : .

Потенціальна енергія в міру падання тіла зменшується; кінетична енергія збільшується на таку саму величину. Сума обох видів енергії залишається сталою.

Через те, що ми взяли положення 2 довільно, наш висновок придатний для всіх проміжних положень тіла, що падає, від положення 1 до положення 3. У положенні 3 (перед самим моментом зупинки) потенціальна енергія . Кінетична енергія

де

значить:

Отже:

При вільному падінні тіла потенціальна енергія переходить у кінетичну, при чому сума кінетичної і потенціальної енергії залишається сталою.

Цей висновок є окремий випадок закону зберігання й перетворення енергії, що поруч із законом зберігання матерії є один із основних законів природи.

Матерія постійно змінюється, постійно рухається. Рух перетворюється з однієї форми на іншу. Коли рухається паровоз, або при пострілі з гвинтівки, теплова форма руху переходить у механічну; при вдарі, терті механічна форма руху перетворюється на теплову.

В електромоторі електрична форма руху переходить у механічну, а в динамомашині, навпаки, механічна форма руху перетворюється на електричну.

Коли рух з однієї форми перетворюється на іншу, даний запас енергії витрачається на роботу, яка дає нову форму енергії.

Енгельс у статті «Міра руху — робота» дав таке означення роботи : «Робота це — зміна форма руху, що розглядається з її кількісної сторона»

Енергія є здатність виконувати роботу. При всіх перетвореннях одного виду енергії на інший виконується робота і при тому ця кількість роботи пропорційна кількості перетвореної енергії. Отже, ми можемо виміряти кількість перетвореної енергії за кількістю роботи, виконаної при даному перетворенні енергії.

Коли механічна енергія переходить в теплову, то, щоб добути одну велику калорію тепла, треба витратити механічної енергії. Якщо механічна енергія переходить в електричну, то кожний джоуль кінетичної енергії еквівалентний 1 вольт - кулонові електричної енергії. Коли електрична енергія переходить в теплову, то кожний вольт кулон електричної енергії дає 0,24 малих калорій теплової енергії. Всі ці рівності кількісно виражають закон зберігання й перетворення енергії.

При всіх змінах, що відбуваються в природі, енергія перетворюється з одного ваду в інший, але не зникає і не утворюється спочатку.

Думку про те, що загальна кількість руху матерії не змінюється при всіх змінах, які відбуваються в природі, вперше висловив французький учений Рене Декарт (1596 —1650 рр.).

Але Декарт і після нього Бернуллі і Лейбніц говорили про зберігання лише механічного руху. Закон зберігання й перетворення енергії, що стосується всіх форм руху матерії, вперше сформулював німецький учений Роберт Майер (1814 — 1878 рр.). Доведення цього закону дослідно опрацював англійський учений Джеме Джоуль (1818 —1889рр.), а теоретично опрацював німецький учений Герман Гельмгольц (1821— 1894 рр.).

Запитання та вправи.

1. Які перетворення енергії бувають при пострілі з рушниці вертикально вгору ?

2. Якими способами енергію сонячного променювання перетворюють на світлову енергію електричної лампочки ?

3. У чому суть закону зберігання і перетворення енергії?

4. 5000 кг дощу падають з висоти 803 м. Швидкість при падінні дорівнювала всього 1 , чимала частина потенціальної енергії витрачена на тертя. Скільки тепла виділиться при падінні дощу ?

5. Снаряд, що важить 20 кг, зменшив свою швидкість наслідком опору повітря з 500 до 400 . Скільки тепла виділилось під час руху снаряда ?