Юрий Трифонов - Властелин механики. 7 великих законов в понятном изложении

Закон сохранения энергии встречается нам повсеместно . За прошедший день вы столкнулись с ним как минимум сотню, а то и тысячу раз. Только сделали вы это необдуманно и ничего не заметили.

Но мы же с вами хотим научиться видеть работу подобных законов на практике! Для этого всего лишь следует внимательно наблюдать за окружающим миром. Ведь прежде, чем над чем-то властвовать, нужно научиться это что-то контролировать. Контроль подразумевает длительное наблюдение и выявление закономерностей. Это примерно, как процесс охоты. Рысь охотится на зайца и часами сидит в засаде, выжидая удачный момент для прыжка. Аналогичным образом и мы должны охотиться за знаниями об окружающем мире, хладнокровно фиксируя наблюдения.

Для того, чтобы хорошо ориентироваться в законах физики, нужно научиться видеть их в мире. В случае с механикой это гораздо проще, чем с другими разделами физики. Запомните, чему учит закон, а потом обнаружьте его в природе. Сможете сделать наоборот – встанете в один ряд с Архимедом и Ньютоном.

Но что-то мы отвлеклись от темы. Это было лирическое отступление. Мне кажется так гораздо интереснее что-то изучать, поглощая при этом и другие сопутствующие мысли. В книге и дальше повествование будет строиться таким образом. Так вот…

Закон сохранения энергии можно наблюдатьпри срабатывании тормозов автомобиля. Колодки нажимают на диск, диск начинает замедляться, а колодки нагреваются. Так энергия движения автомобиля частично передалась колодкам. Механическая энергия превратилась в тепловую. Тепловая энергия в колодках тоже не останется без дела. Она частично превратится во внутреннюю энергию. Кстати, внутренняя энергия тела – это энергия, которой обладают частички тела, входящие в его структуру . Ведь они перемещаются или колеблются, а для этого нужна энергия. Внутренняя энергия тормозных колодок и дисков, в свою очередь, израсходуется на расширение тела.

Подобный пример можно наблюдать при забивании гвоздя. Мы стучим молотком по шляпке гвоздя, а сам гвоздь при этом нагревается. Вновь кинетическая энергия удара молотка превращается во внутреннюю энергию структуры гвоздя, что и приводит к увеличению его температуры.

Рис.11. Превращение энергии при ударе шляпки гвоздя

Закон сохранения энергии легко увидеть в различных процессах, связанных «с перемещениями уровней высоты». Например, если велосипедист пытается заехать на высокую горку, то поднявшись на её вершину, он наберет достаточное количество потенциальной энергии, чтобы скатиться вниз без кручения педалей.

Следующий классический пример – лук со стрелами. Там потенциальная энергия, накопленная в результате деформации лука, передается стреле посредством тетивы. Сама же стрела растрачивает эту энергию на передачу тепла воздуху из-за трения о его частички и поражение цели.

При сжатии пружины кинетическая энергия воздействия переходит в потенциальную энергию сжатой пружины. Вот вам очередное превращение.

Подобным образом можно рассмотреть абсолютно любой процесс, происходящий вокруг нас и увидеть работу закона сохранения. Правда помните, что смотреть следует очень внимательно!

Сохранение – это конечно хорошо! Но давайте зададим себе вопрос: понимаем ли мы что такое энергия? Что мы в итоге сохраняем? Скорее всего нет. Положительный ответ будет означать неполное знакомство с рассматриваемым вопросом.

Современная физика не способна на него ответить полностью. Слишком много заковырок и противоречий. Самое значимое из них – что именно в пространстве является носителем энергии ? Это атом или молекула? А как тогда быть с процессами, где не участвует как таковое вещество? Там энергии нет, потому что её негде сохранить? Как дела с тепловой энергией? Вопросов очень много, а ответов очень мало. Именно поэтому пока стоит отстраниться от поиска правильного ответа и обратиться к существующему определению. Тем более, что для нас сейчас наибольший интерес представляет механическая энергия и воспринимаем мы её только как некоторую величину.

Стандартное определение понятия в физике, всё же, существует. Им и будем пользоваться для дальнейшего объяснения. Более глубокие мысли хоть и интересны, но уже выходят за границы раздела механики и к ним мы вернемся в других работах.

Энергия – скалярная физическая величина, являющаяся единой мерой различных форм движения и взаимодействия материи, мерой перехода движения материи из одних форм в другие . С древнегреческого языка оно переводится как действие .

Если опустить ряд сложностей, которые не особенно и нужны для понимания применительно к механическим процессам, то всё равно разобраться будет не так-то просто. Перечитав это определение несколько раз, вы вероятно так и не поймете, о чем там написано. Давайте разобьем стандартное определение на фрагменты, а после этого запишем его в более понятной и простой форме.

Скалярная – означает не имеющая направления. Про это поговорили в самом начале книги. Но давайте закрепим на будущее. Это величины, как масса тела или атмосферное давление. Они просто есть и не связаны с движением. Для сравнения – скорость величина векторная, имеет направление. Чувствуете разницу между скоростью и массой? Вот именно такая разница и между векторными и скалярными величинами.

Следующая часть определения говорит, что мы имеем дело с некоторой мерой взаимодействия тел. Причем, применительно к любым видам взаимодействия. Но нас сейчас интересует механика. И тут уместно назвать это именно что « мерой взаимодействия».

Представьте, что вы поддали мячик ногой. Вы передали мячику что-то и это что-то потом начало оказывать воздействие разных типов. Что-то и есть энергия. Или «движение» если обратиться к переводу слова. Его иначе не назовешь. Вот и придумали фразу про меру воздействия, добавив её в определение энергии.

Ещё можно представить камень, который падает кому-то на голову с крыши. Сразу вспоминается великолепный эпизод из фильма «Один дома 2», где Кевин кидается кирпичами в Марва. Вот летящий камень обладает чем-то, что он потом передаст голове нашего отрицательного героя. Это что-то и есть энергия. Или вновь подойдет слово движение. Почему мы так размыто разъясняемся? Наверное потому, что даже механическую энергию, которая наиболее проста для восприятия, пока всё ещё не могут описать в полной мере и дать однозначное определение понятия.