Legge sulla conservazione dell'energia: descrizione ed esempi

L'energia potenziale è piuttosto un valore astratto, perché ogni oggetto che ha una certa altezza sopra la superficie della Terra avrà già una certa quantità di energia potenziale. Viene calcolato moltiplicando la velocità. caduta libera ad un'altezza sopra la Terra, così come alla massa. Se il corpo si muove, puoi parlare della presenza di energia cinetica.

Formula e descrizione della legge

Il risultato dell'aggiunta di energia cinetica e potenziale in un sistema chiuso dall'influenza esterna, parti delle quali interagiscono a causa delle forze elastiche e della forza, non cambia: questa è la legge di conservazione dell'energia nella meccanica classica. La formula di questa legge è la seguente: Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2. Qui Ek1 è l'energia cinetica di un certo corpo fisico in un momento specifico nel tempo, ed Ep1 è potenziale. Lo stesso vale per Ek2 ed Ep2, ma già nel prossimo periodo. Ma questa legge è vera solo se il sistema in cui opera è chiuso (o conservativo). Questo suggerisce che il valore del completo energia meccanica non cambia quando solo le forze conservative agiscono sul sistema. Quando entrano in gioco forze non conservative, una parte dell'energia cambia, assumendo altre forme. Tali sistemi sono chiamati dissipativi. La legge di conservazione dell'energia funziona quando le forze esterne non influenzano il corpo.

Un esempio della manifestazione della legge

Uno degli esempi tipici che illustrano la legge descritta è un esperimento con una sfera d'acciaio, che cade su una lastra della stessa sostanza o su un vetro, rimbalzando su di essa alla stessa altezza che era prima della caduta. Questo effetto si ottiene a causa del fatto che quando l'oggetto si muove, l'energia viene convertita più volte. Inizialmente, il valore dell'energia potenziale inizia a tendersi a zero, mentre la cinetica aumenta, ma dopo una collisione, diventa l'energia potenziale della deformazione elastica della palla.

Questo continua fino al momento in cui l'oggetto è completamente fermo, in cui inizia il suo movimento verso l'alto a causa delle forze di deformazione elastica sia della piastra che dell'oggetto caduto. Ma allo stesso tempo entra in azione energia potenziale gravità. Poiché la palla è compresa all'incirca alla stessa altezza dalla quale è caduta, l'energia cinetica in essa è la stessa. Inoltre, la somma di tutte le energie che agiscono su un oggetto in movimento rimane la stessa per tutto il processo descritto, confermando la legge di conservazione dell'energia meccanica totale.

Deformazione elastica - che cos'è?

Per comprendere appieno l'esempio dato, vale la pena comprendere più a fondo qual è l'energia potenziale di un corpo elastico - questo concetto significa possedere elasticità, che, quando tutte le parti di un dato sistema si deformano, può tornare ad uno stato di riposo, facendo un lavoro sui corpi con i quali un oggetto. Il lavoro delle forze di elasticità non è influenzato dalla forma della traiettoria del movimento, poiché il lavoro svolto a loro spese dipende solo dalla posizione del corpo all'inizio e dalla fine del movimento.

Quando sono forze esterne

Ma la legge di conservazione non si applica ai processi reali in cui è coinvolta la forza di attrito. Un esempio è un oggetto che cade a terra. Durante la collisione energia cinetica e il potere della resistenza sta aumentando. Questo processo non si inserisce nel quadro della meccanica, poiché la temperatura corporea aumenta a causa della crescente resistenza. Da quanto precede deriva che la legge sulla conservazione dell'energia in meccanica ha serie limitazioni.

termodinamica

La prima legge della termodinamica dice: la differenza tra la quantità di calore accumulato a causa del lavoro svolto su oggetti esterni è uguale al cambiamento energia interna questo sistema termodinamico non conservativo.

Ma questa affermazione è spesso formulata in una forma diversa: la quantità di calore ottenuta dal sistema termodinamico viene spesa per il lavoro svolto su oggetti esterni al sistema, oltre che per la modifica della quantità di energia all'interno del sistema. Secondo questa legge, non può sparire, passando da una forma all'altra. Da ciò consegue che la creazione di una macchina che non consuma energia (il cosiddetto perpetuum mobile) è impossibile, dal momento che il sistema avrà bisogno di energia dall'esterno. Ma molti hanno ancora persistentemente provato a crearlo, senza tener conto della legge di conservazione dell'energia.

Un esempio della manifestazione della legge di conservazione in termodinamica

Gli esperimenti mostrano che i processi termodinamici non possono essere invertiti. Un esempio di questo è il contatto di corpi con temperature diverse, in cui il più caldo emetterà calore, e il secondo è quello di riceverlo. Il processo inverso è impossibile in linea di principio. Un altro esempio è il trasferimento di gas da una parte all'altra della nave dopo l'apertura della partizione tra di loro, a condizione che la seconda parte sia vuota. La sostanza in questo caso non inizierà mai a muoversi nella direzione opposta spontaneamente. Da quanto precede deriva che qualsiasi sistema termodinamico tende a uno stato di riposo, in cui le sue singole parti sono in equilibrio e hanno la stessa temperatura e pressione.

idrodinamica

L'applicazione della legge di conservazione nei processi idrodinamici è espressa in linea di principio, descritta da Bernoulli. Sembra così: la somma della pressione sia di energia cinestetica che di energia potenziale per unità di volume è la stessa in un dato punto del flusso di un liquido o di un gas. Ciò significa che per misurare la portata è sufficiente misurare la pressione in due punti. Questo è fatto, di regola, con un manometro. Ma la legge di Bernoulli è valida solo se il liquido in questione ha una viscosità nulla. Per descrivere il flusso di fluidi reali, viene utilizzato l'integrale di Bernoulli, che implica l'aggiunta di termini che tengono conto della resistenza.

elettrodinamica

Durante l'elettrificazione di due corpi il numero di elettroni in essi rimane invariato, a causa del quale la carica positiva di un corpo è uguale in grandezza alla carica negativa dell'altro. Quindi, la legge di conservazione della carica elettrica suggerisce che in un sistema elettricamente isolato la somma delle cariche dei suoi corpi non cambia. Questa affermazione vale anche quando le particelle cariche subiscono trasformazioni. Pertanto, quando due particelle caricate di neutralità collidono, la somma delle loro cariche rimane ancora zero, poiché una particella carica positivamente appare insieme a una particella carica negativamente.

conclusione

La legge di conservazione dell'energia meccanica, quantità di moto e momento - le leggi fisiche fondamentali associate all'omogeneità del tempo e alla sua isotropia. Non si limitano al quadro della meccanica e sono applicabili sia ai processi che si verificano nello spazio esterno sia ai fenomeni quantistici. Le leggi di conservazione consentono di ottenere dati su vari processi meccanici senza studiarli usando le equazioni del moto. Se alcuni processi in teoria ignorano questi principi, allora condurre esperimenti in questo caso è privo di significato, dal momento che saranno inefficaci.