Превращения энергии

У всех видов энергии есть общее свойство: энергия ниоткуда не возникает и никуда не исчезает; она лишь переходит из одного вида в другой или от одного тела к другому. Это утверждение называется законом сохранения энергии. Рассмотрим примеры проявления этого закона.

Колебания нитяного маятника. Вы видите груз, качающийся на нити. Сначала его оттянули вправо, и он приподнялся на высоту h над своим нижним положением. В этот момент груз имел наибольшую потенциальную энергию под действием силы тяжести.

Когда груз отпустили, он начал двигаться влево, увеличивая скорость. Следовательно, кинетическая энергия груза возрастает. Одновременно груз опускается, и в среднем положении его потенциальная энергия становится наименьшей. Однако в этот момент скорость груза является наибольшей. За счёт запаса кинетической энергии груз продолжает двигаться влево, поднимаясь все выше. Это приводит к возрастанию его потенциальной энергии. Одновременно скорость груза уменьшается, что приводит к уменьшению кинетической энергии.

В этом примере энергия переходит из одного вида в другой: из кинетической энергии в потенциальную энергию и наоборот. Рассмотрим теперь примеры, когда энергия переходит не только из одного вида в другой, но и от одного тела к другому.

Колебания пружинного маятника. Взгляните на рисунок. Сначала груз на пружине оттянули вниз. Пружина растянулась, следовательно, сила упругости возросла. Увеличение этой силы означает увеличение потенциальной энергии пружины.

После отпускания груза пружина сжимается. По мере её сжатия сила упругости пружины уменьшается, значит, уменьшается и потенциальная энергия пружины. Однако одновременно возрастает кинетическая энергия груза, так как при разгоне вверх увеличивается его скорость. Одновременно возрастает и потенциальная энергия груза под действием силы тяжести, так как груз поднимается выше. Эти превращения энергии происходят периодически.

В этом примере энергия перешла из одного вида в другие: из потенциальной под действием силы упругости в кинетическую, а также в потенциальную под действием силы тяжести. Кроме того, энергия перешла от одного тела к другому: от пружины к грузу. При его опускании произойдут обратные превращения энергии.

Торможение тела силой трения. На рисунке «а» изображено колесо едущего поезда. На рисунке «б» – то же самое колесо, но при торможении поезда. Специальные тормозные колодки прижались к колесу. Возникшая между колесом и колодками сила трения замедляет вращение колеса, а значит, и скорость поезда. В этом случае колодки и колесо не случайно выделены красным цветом. Дело в том, что при трении они нагреваются настолько сильно, что при касании рукой можно получить ожог.

В этом примере мы наблюдали превращение энергии из одного её вида в другой и, одновременно, переход от одного тела к другим: кинетическая энергия всего поезда превращалась во внутреннюю энергию его тормозных колодок, колёс и окружающего воздуха, который тоже нагревался.