The; energii
Potențial și cinetică
Un punct interesant despre viteza finală: dacă un obiect coboară de la o înălțime dată h, pe o suprafață înclinată (fără frecare), panta se poate schimba, poate chiar și forma suprafeței sale, dar când ajunge în jos, viteza finală v rămâne întotdeauna la fel. Dacă nu exista fricțiune, schiorii care alunecă în sus și în jos pe același deal cu zăpadă ar ajunge la aceeași viteză, indiferent dacă iau traseul pentru începători înclinat ușor sau traseul mai abrupt rezervat celor instruiți.
Reducerea pantei reduce accelerația a, dar prelungește și timpul de coborâre, iar acești doi factori se compensează reciproc, lăsând viteza finală neschimbată. Dacă obiectul cade vertical de la această înălțime h, se obține aceeași viteză și, în acest caz, calculul este mai ușor, după cum urmează: Durata căderii este t. Lungimea sa este:
Înmulțiți ambele părți cu g:
Și întrucât viteza finală este
Această ultimă ecuație arată că atunci când obiectul își pierde înălțimea și că, dacă nimic nu-i împiedică mișcarea, v 2 crește proporțional și, așa cum sa spus, această creștere este independentă de calea luată.
Acest schimb între h și v 2 este, de asemenea, în cealaltă direcție: un obiect împins în sus o pantă scade cu "v 2" proporțional cu câștigul înălțimii sale h. Un cilindru de marmură care se rostogolește în interiorul unei goluri netede crește viteza pe măsură ce se apropie de fund, apoi îl pierde pe măsură ce urcă rapid pe cealaltă parte. Dacă nu ar exista fricțiuni, el ar reveni la înălțimea plecării sale.
Un simplu pendul sau un copil pe un leagăn schimbă, de asemenea, înălțimea și v 2 și invers. Și bicicliștii știu că, câștigând viteză pe un deal, pot câștiga înălțime la următoarea urcare. Este ca și cum înălțimea ne oferă ceva cu care putem dobândi viteză care, ulterior, dacă apare ocazia, poate fi convertită din nou în înălțime.
Acest „ceva” se numește energie. A fost deja discutat pe scurt într-o secțiune anterioară.
Acest schimb bidirecțional sugerează că, probabil, suma
este o valoare constantă: dacă o parte scade, cealaltă trebuie să crească. Sunt aceste două părți suma energiei? Nu chiar: Efortul de a ridica o sarcină grea la o înălțime h este mai mare decât pentru un obiect ușor. Să numim acum cantitatea de materie pe care o are un obiect, „masa” sa, evident proporțională cu greutatea sa, dar așa cum vom vedea mai târziu, conceptul de masă este mai complicat de atât.
Dacă energia măsoară efortul de ridicare a unei sarcini, aceasta este în mod necesar proporțională cu masa sa m. De asemenea, înmulțim setul cu m și scriem
Energie = E = mgh + mv 2/2
Un fapt bine stabilit, menționat deja, este cel al sistemului care nu interferează cu mediul său: toată energia (menționată aici prin litera (E) rămâne identică („este conservată”). La punctul extrem al oscilației un pendul, v = 0, deci al doilea termen din ecuația de mai sus dispare, în timp ce primul este la maxim. Apoi, pe măsură ce masa coboară, mv 2/2 crește și mgh scade, până la nivelul cel mai scăzut al oscilației, unde primul termen trece la minim și al doilea la maxim. În timpul oscilațiilor, procesul este inversat, întotdeauna în aceeași ordine.
Cei doi termeni din ecuația de mai sus au nume: mgh este energia de poziție, numită energie potențială, iar mv 2/2 este energia datorată mișcării, energia cinetică .
Valoarea exactă care reprezintă E va depinde în mod evident de nivelul măsurării h (podeaua? Nivelul mării? Centrul pământului?). Sunt posibile alegeri diferite și fiecare conduce la o valoare diferită a lui E: formula este, prin urmare, semnificativă numai dacă se alege o singură înălțime de referință, căreia îi dăm valoarea h = 0 .
Alte soiuri de energie
Manualele definesc energia ca „capacitatea de a face o anumită treabă” și definesc munca ca „depășirea rezistenței la distanță”. De exemplu, dacă m este masa unei cărămizi, forța aplicată acesteia este de mg și ridicarea ei la o înălțime h, împotriva atracției gravitației, necesită efectuarea unei lucrări W, cu
Tragerea acestei cărămizi pe o distanță x pe un teren plan, împotriva forței de frecare F, necesită în mod similar executarea lucrării
Memento: o lucrare este măsurată în jouli, în memoria lui James Prescott Joule (1818-89), un fabricant de bere din Manchester, Anglia, ale cărui experiențe au ajutat la stabilirea faptului că căldura era o formă de energie (vezi mai jos) și nu o anumită impregnare a un fluid misterios. Deoarece munca poate fi făcută de o mașină, reciproc, energia poate fi definită aproximativ ca orice lucru care poate transforma o mașină.
| ***** | Pendul | Țeavă de rachetă | Vânt solar | Muschii | Motor electric |
| Pendul | ***** | mașină cu aburi | X | X | Lift |
| Frecare | X | ***** | Cuptor solar | Foc | Cuptor electric |
| X | X | Bec, Soare | ***** | Scântei | Diodă LED |
| X | X | Cuptor de var rapid | Plante verzi | ***** | Baterii |
| Turbine eoliene | Turbină hidro-electrică | Termocuplu | Panouri solare | Flash Batterrie | ***** |