Закон сохранения энергии

Что такое Закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии — энергия не может появляться из ничего и пропадать никуда, она не может быть ни создана, ни уничтожена, но она может быть преобразована, таким образом энергия только принимает другой вид, и её количество при этом сохраняется во времени (если не существуют или не учитываются диссипативные силы, как например, силы внутреннего трения).

Ещё его называют законом сохранения и превращения энергии.

В замкнутой механической системе справедливо равенство:

Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2

Где:

Ek1 – кинетическая энергия в определённый момент времени

Ep1 – потенциальная энергия в определённый момент времени

Ek2 – кинетическая энергия в последующий момент времени

Ep2 – потенциальная энергия в последующий момент времени

То же самое можно выразить этой формулой:

(mv1²) / 2 + mgh1 = (mv2²) / 2 + mgh2

Где:

m – масса тела

g – ускорение свободного падения

h – высота

v – скорость движения тела

Обратите внимание, что полная энергия системы, представленная суммой энергии, связанной с движением (Eкин), и энергии, связанной с положением (Eпот), имеет одно и то же значение в разное время.

Преобразование энергии: рисунок потенциальной и кинетической энергии, Пример закона сохранения энергии: бейсбольный мяч подбрасывается вверх, вся кинетическая энергия превращается в потенциальную
Преобразование энергии: рисунок потенциальной и кинетической энергии.
Пример закона сохранения энергии: бейсбольный мяч подбрасывается вверх, в верхней точке, когда мяч на секунду останавливается, вся кинетическая энергия превращается в потенциальную.

Формулы энергии

Потенциальная энергия (при гравитационном взаимодействии)

Eпот = mgh

Где:

m – масса тела

g – ускорение свободного падения

h – высота

Кинетическая энергия

Eкин = (mv²) / 2,

Где:

m – масса тела

v – скорость его движения

Из Ek1 + Ep1 = Ek2 + Ep2 и предыдущих двух формул следует:

(mv1²) / 2 + mgh1 = (mv2²) / 2 + mgh2

Полная механическая энергия

Это сумма кинетической и потенциальной энергии тела.

Полная механическая энергия: E = Eк + Ep

При минимальной высоте тела (h = 0): Eполная = (mv²) / 2

При средней высоте тела: Eполная = (mv²) / 2 + mgh

При максимальной высоте тела: Eполная = mgh

Эквивалентность массы и энергии

E = mc²,

Где:

Е – энергия,

m – масса

c – скорость света

Потенциальная энергия сжатой/растянутой пружины (Потенциальная энергия упругой деформации)

Ep = (kx²) / 2,

Где:

Ep — потенциальная энергия

k — коэффициент упругости/жёсткости

x — удлинение/сокращение пружины

Законы сохранения

Законы сохранения являются фундаментальными принципами физики. Они точны для изолированной физической системы.

Кроме закона сохранения энергии существуют и другие законы, в которых механические свойства системы не меняются (при отсутствии взаимодействия системы с окружением). Такие, как:

  • закон сохранения момента импульса;
  • закон сохранения массы;
  • закон сохранения лептонного числа; и др.

Узнайте также, что такое Число Рейнольдса.