ВЪПРОС 8 ЗАКОН ЗА ЗАПАЗВАНЕ НА МЕХАНИЧНАТА ЕНЕРГИЯ Във въпроса Закон за запазване на механичната енергия вие ще се запознаете със следните величини, понятия и закони, както и с основните единици за измерване: Пълна механична енергия на система от тела Закон за изменение на енергията на механична система Закон за запазване на механичната енергия: Превръщане на енергията в природата Изолирана система от тела Закон за запазване на енергията Обмяна на веществата Основна обмяна на веществата Работна добавка Коефициент на полезно действие на живите организми Закон на Клайбер Метод на подобието във физиологията Характерна дължина Единици за измерване Калория - 1 -
1. Пълна механична енергия на система от тела Сумата от кинетичната енергия на всички материални точки от една механична система и общата потенциална енергия на взаимодействие между тях се нарича механична енергия на системата, т.е. E = Ek + W, n n като Ek = Eki и W Wi i = 1 i = 1 Тук E ki е кинетичната енергия на i-тата частица, а =, W i е потенциалната й енергия на взаимодействие с останали n-1 частици. - 2 -
2. Закон за изменение и закон за запазване на механичната енергия Закон за изменение на енергията на механична система Както при една материална точка, така и при система от материални точки изменението на механичната енергия е свързано с работата на неконсервативните сили (външни и вътрешни): E = A nk, т.е. изменението на механичната енергия на система от материални точки е равно на работата на неконсервативните сили, които действат на системата. Закон за запазване на механичната енергия: Ако механичната система е затворена, а вътрешните сили са само консервативни (системата е консервативна) A nk = 0 и E = 0, или E = Ek + W = const. Това уравнение изразява закона за запазване на механичната енергия, който гласи: Механичната енергия на затворена система, в която действат само консервативни сили, не се изменя с времето. В резултат на работата на вътрешните консервативни сили става непрекъснато превръщане на кинетичната енергия в потенциална и обратно или предаване на енергията от едно тяло на друго тяло, но пълната механична енергия на системата се запазва. Енергията на системата ще се запазва също така и в случая, ако системата е отворена и консервативна, но външните сили са само консервативни 3. Превръщане на енергията в природата. - 3 -
Общ закон за запазване на енергията Превръщане на енергията в природата Освен механичната енергия (кинетична и потенциална), която зависи от движението и взаимното положение на телата от една система, в природата съществуват и различни други, немеханични видове енергия: -топлинна енергия; -химична енергия; -ядрена енергия; -енергия на електричния ток; -енергия на електромагнитното излъчване и др. От гледна точка на съвременната наука всичките немеханични видове енергия се свеждат до кинетична и потенциална енергия на частиците от различните структурни нива на материята. Тези видове енергии не зависят от скоростта и взаимното положение на телата от една система, а се определят от движението и взаимодействието на градивните частици на тези тела. Процесите в живата и неживата природа са свързани с непрекъснато преобразуване на енергията от един вид в друг и с предаването й от едно тяло на друго тяло. Например: -при движение с триене механичната енергия се превръща в топлинна енергия; -в топлинните електроцентрали топлинната енергия се превръща в енергия на електричния ток; -в атомните електроцентрали ядрената енергия се преобразува в електрична енергия; -при нагряването на Земята от Слънцето енергията на електромагнитното лъчение се превръща в топлинна енергия и др. - 4 -
Общ закон за запазване на енергията в природата Изолирана система от тела Съвкупност от макроскопични тела или микрочастици, която не е подложена на никакви външни въздействия, а също така не обменя топлина или лъчения с околните тела се нарича изолирана система. В една изолирана система могат да протичат различни процеси - механични, биологични, химични и др., при които се извършват сложни превръщания на енергията от един вид в друг вид. Закон за запазване на енергията Този закон гласи: Сумата от всички видове енергия (пълната енергия) на една изолирана система не се изменя с времето. Това означава, че енергията никога не изчезва и не се появява отново, но само се предава от едно тяло на друго, или се превръща от един вид в друг вид. Физическата същност на закона за запазване на енергията се състои в това, че той изразява неунищожимостта на материята и нейното движение в природата. Законът за запазване на енергията е фундаментален закон, който е в сила при всички процеси в природата. Той е резултат от обобщаването на множество експериментални данни. Идеята за този закон принадлежи на руския учен Ломоносов (1711-1765), а количествената формулировка на закона дава немският лекар Юлиус Роберт Майер (1814-1878) и немския естествоизпитател Хелмхолц ( Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz) (1821-1894). Михаил Василиевич Ломоносов (19.11.1711-15.04.1765) Роберт Майер (1814-1878) - 5 - Херман Хелмхолц (31.08.1821-08.09.1894)