Asosiy kontent

Energiyaning saqlanish qonuni qanday qonun?

Energiyaning saqlanish qonuni nima ekanini va u qanday qilib masalalarni yechishni osonlashtirishini oʻrganing.

Energiyaning saqlanish qonuni deb nimaga aytiladi?

Fizikada saqlanish atamasi vaqt oʻtishi bilan qiymati oʻzgarmaydigan fizik kattalikka nisbatan qoʻllanadi. Biron-bir fizik hodisa sodir boʻlishidan oldin va keyin ham saqlanuvchi fizik kattalikning qiymati oʻzgarmaydi.

Fizikada saqlanuvchi kattaliklar koʻp. Ular koʻpincha juda murakkab fizik hodisani oldindan ayta bilish uchun foydalidir. Mexanikada uchta fundamental saqlanuvchi kattalik mavjud: energiya, impuls va impuls momenti.

Boshqa boʻlimlardagi misollarni koʻrgan boʻlsangiz (masalan, filning kinetik energiyasi), energiya saqlanuvchi kattalik ekani sizni hayron qoldirishi mumkin. Biroq energiya toʻqnashuvlar mobaynida oʻzgaradi. Demak, biz taʼrifga bir qancha muhim qoʻshimchalarni kiritishimiz kerak ekan:

Biz mavzu davomida ishlatadigan energiya soʻzi sistemaning toʻla energiyasiga nisbatan ishlatiladi. Jismlar harakatlanganda vaqt oʻtishi bilan ularning kinetik, potensial, issiqlik kabi energiyalari oʻzgarishi mumkin, lekin energiya saqlangan boʻlsa, toʻla energiyaning qiymati oʻzgarmaydi.
Energiyaning saqlanish qonuni faqatgina yopiq sistemada oʻrinli. Notekis polda yumalayotgan koptok uchun energiyaning saqlanish qonunini qoʻllab boʻlmaydi. Chunki koptok poldan izolyatsiyalanmagan va poldagi ishqalanish kuchi koptokni toʻxtatish uchun ish bajaradi. Lekin koptok va polni birgalikda bir sistema deb qarasak, energiyaning saqlanish qonuni oʻrinli boʻladi. Buni odatda koptok-pol sistemasi deb ataymiz.

Mexanikaga oid masalalarda biz kinetik energiya (

E_{K}

), gravitatsion potensial energiya (

U_{g}

), elastik—prujina—potensial energiyasi (

U_{s}

), va issiqlik energiyasi (

E_{H}

) ni oʻz ichiga olgan sistemalar bilan koʻproq ishlaymiz. Shu kabi masalalarni yechish biron-bir boshlangʻich (i indeks) va keyingi (f indeks) vaqt oraligʻi uchun energiyaning saqlanish qonunini qoʻllashdan boshlanadi.

E_{Ki} + U_{gi} + U_{si} = E_{Kf} + U_{gf} + U_{sf} + E_{Hf}

Uni quyidagicha kengaytirish mumkin:

\frac{1}{2} m v_{i}^{2} + m g h_{i} + \frac{1}{2} k x_{i}^{2} = \frac{1}{2} m v_{f}^{2} + m g h_{f} + \frac{1}{2} k x_{f}^{2} + E_{Hf}

Bu yerda sistema deganda nimani nazarda tutyapmiz?

Fizikada sistema deb tenglamalar tuzishda ishtirok etadigan barcha jismlar toʻplanmasiga aytiladi. Biz jism harakatini energiyaning saqlanish qonuni orqali tasvirlamoqchi boʻlsak, sistema oʻrganilayotgan jismni va u bilan taʼsirlashayotgan barcha boshqa jismlarni oʻz ichiga olishi kerak.

Amaliyotda qaysi kuchlar taʼsirini hisobga olmaslikni tanlashimizga toʻgʻri keladi. Sistemani aniqlayotganimizda bizni qiziqtirayotgan va bizga kerak boʻlmagan narsalarni ajratib olamiz. Sistemadan tashqari boʻlgan barcha narsalarni bitta qilib muhit deb ataymiz. Muhitning baʼzi qismlarini eʼtiborga olmaslik hisobdagi aniqlikni biroz kamaytiradi. Lekin buning hech yomon tomoni yoʻq. Aslida, yaxshi fizik degani nafaqat fizik hodisani tushunish, balki xavfsiz ravishda baʼzi hodisalarni eʼtiborga olmaslikni bilish demakdir.

Masalan, koʻprikdan xavfsizlik kamari bilan sakrayotgan odamni koʻraylik. Sistema kamida sakrovchi, kamar va Yerni oʻz ichiga olishi kerak. Yanada aniqroq natija olish uchun sistemaga sakrovchiga taʼsir qiladigan havoning qarshilik kuchini ham kiritish kerak. Koʻprik va uning poydevorini ham sistemaga qoʻshishimiz mumkin, ammo biz bilamizki, koʻprik sakrovchidan ancha ogʻir, shuning uchun uni hisobga olmasak ham boʻladi. Agar koʻprik ogʻir yuk transport vositalarini koʻtarish uchun moʻljallangan boʻlsa, sakrovchi xavsizlik kamarining arqoni kuchi bilan koʻprikka koʻrsatadigan taʼsiri ahamiyatsiz desa ham boʻladi.

Mexanik energiya nima?

Mexanik energiya

E_{M}

deb sistemaning potensial va kinetik energiyalari yigʻindisiga aytiladi.

E_{M} = E_{P} + E_{K}

Faqatgina konservativ kuchlar, gravitatsiya kuchi va elastik kuchi kabilar potensial energiyaga ega. Ishqalanish va qarshilik kabi konservativ boʻlmagan kuchlar potensial energiyaga ega emas. Konservativ kuchlar orqali sistemaga berilgan energiyani doim qaytib olishimiz mumkin. Konservativ boʻlmagan kuchlar orqali uzatilgan energiyani qaytib olish juda qiyin. Koʻpincha ushbu energiya issiqlik yoki boshqa koʻrinishda sistemadan chiqib ketadi, boshqacha aytganda, tashqi muhitga sarf boʻladi.

Amaliyotda energiyaning saqlanish qonunidan koʻra uning xususiy koʻrinishi – mexanik energiyaning saqlanish qonuni koʻproq ishlatiladi. Mexanik energiyaning saqlanish qonuni faqat barcha kuchlar konservativ boʻlsagina oʻrinli. Yaxshiyamki, koʻpgina hollarda konservativ boʻlmagan kuchlarni hisobga olmasdan yaxshi natija olish mumkin.

Jismlarning harakatini energiyaning saqlanish qonuni bilan qanday ifodalashimiz mumkin?

Sistemamizda energiya saqlanib qolsa, tenglama tuzib energiyalar yigʻindisiga tenglashtirishimiz mumkin. Keyin tenglamalarni yechib tezlik, masofa yoki boshqa bir energiyaning oʻzgarishiga olib keladigan parametrni topish mumkin . Yechimni topish uchun yetarlicha parametrlarni bilmasak, tegishli parametrlar bilan grafik chizib yechimni qanday topishni koʻrish mumkin.

Oydagi golf oʻyinchisi – erkin tushish tezlanishi 1,625 m/s

^{2}

– koptokka zarba bermoqda. Aytgancha, fazogir Alan Shepard xuddi shunday qilgan. Koptok oy yuzasiga nisbatan 45

^{\circ}

da uchishni boshlaydi, u 20 m/s gorizontal va vertikal tezlik — umumiy 28,28 m/s tezlikka ega. Koptok maksimal qanday balandlikka koʻtariladi?

Masalani yechishni mexanik energiya formulasini yozishdan boshlaymiz.

E_{M} = \frac{1}{2} m v^{2} + m g h

Mexanik energiyaning saqlanish qonunidan foydalanib

h

balandlikni topamiz.

\frac{1}{2} m v_{i}^{2} = m g h_{f} + \frac{1}{2} m v_{f}^{2}

\begin{aligned} h & = \frac{\frac{1}{2} v_{i}^{2} - \frac{1}{2} v_{f}^{2}}{g} \\ = \frac{\frac{1}{2} (28, 28 m / s)^{2} - \frac{1}{2} (20 m / s)^{2}}{1,625 m / s^{2}} \\ = 123 m \end{aligned}

Koʻrib turganingizdek, shu kabi masalalarni energiyaning saqlanish qonuni bilan yechish kinematik formulalar yordamida yechgandan koʻra ancha oson.

1-masala: faraz qiling, uchayotgan golf koʻptokchasi kutilmaganda 2 m balandlikka oʻrnatilgan Amerika bayrogʻiga urildi. Toʻqnashuv paytida koptokning tezligi qanday boʻlgan?

2-masala: quyidagi grafikda kichik raketa modelining uchish vaqtidagi kinetik, gravitatsion potensial va mexanik energiyalari berilgan. Maksimum balandlik, Yerdan maksimal uzoqligi, motorning oʻchishi va yonishi kabi nuqtalar chizmada koʻrsatilgan. Raketa uchish davrida bir qancha konservativ va nonkonservativ kuchlar taʼsirida boʻladi. Raketa faqat konservativ kuchlar taʼsirida boʻlgan vaqt bormi? Nega?

Mexanik energiyaning saqlanish qonuni boʻyicha sistemada faqat konservativ kuchlar boʻlsa, mexanik energiya oʻzgarmaydi. Bu holatni grafikdagi 2,5 va 4 sekund oraligʻida koʻrishimiz mumkin, bu vaqtda mexanik energiyaning grafigi deyarli tekis toʻgʻri chiziq. Bu oraliqda raketa yuqoriga qarab harakatlanmoqda, uning motori toʻxtagan, lekin raketa sekin harakatlangani uchun uning harakatiga qarshilik qiladigan kuch ahamiyatsiz.

Nima sababdan abadiy harakatlanuvchi mashina hech qachon ishlamaydi?

Abadiy harakatlanuvchi mashina deganda tezligi umuman kamaymaydigan abadiy harakatlanadigan mashina gʻoyasi tushuniladi. Yillar davomida juda koʻplab xilma-xil, gʻalati va ajoyib mashinalar tasvirlangan. Ularning ichiga suv tushganda oʻzini oʻzi ishlata oladigan suvnasoslar, muvozanatlanmagan massalar orqali oʻzi yura oladigan gʻildiraklar va oʻzini oʻzi itaradigan magnitlarning turlicha koʻrinishi kiradi.

Koʻpgina qiziq narsalarga qaramasdan, bunday mashina hech qachon abadiy boʻlmagan va bundan buyon ham boʻlishi mumkin emas. Aslida bunday mashina mavjud boʻlgan taqdirda ham, u foydali boʻlmas edi. Bunday mashina ish bajarmagan boʻlardi. Eʼtibor bering, bu foydali ish koeffitsiyenti 100% dan koʻproq boʻlgan mashina gʻoyasidan farq qiladi, bu holatda energiyaning saqlanish qonuni aniq buziladi.

Mexanikaning asosiy qonuniyatlari abadiy harakatlanuvchi mashina gʻoyasiga qarshilik qilmaydi. Agar sistema tashqi muhitdan toʻliq ajratilsa va faqat konservativ kuchlar taʼsirida boʻlsa, energiya saqlanadi va mashina abadiy harakatlangan boʻlardi. Muammo shundaki, hayotda sistemani butunlay muhitdan ajratib boʻlmaydi va energiya hech qachon toʻlaligicha saqlanmaydi.

Hozirgi kunda energiyani saqlash uchun juda kichik ishqalanishga ega vakuumda aylanadigan gʻildiraklardan foydalanish mumkin. Shunday boʻlsa-da, ular ham energiya yoʻqotadi va bir necha yillar davomida toʻxtab qoladi [2]. Yerning oʻzi kosmosda oʻz oʻqi atrofida aylanib yurishi, ehtimol, bunday mashinaning katta namunasidir. Shunga qaramay, oy bilan oʻzaro taʼsirlashishi, suvning koʻtarilishi va boshqa samoviy jismlar tufayli u asta-sekin sekinlashmoqda. Aslida, har ikki yilda olimlar kunning oʻzgarishini hisobga olish uchun bizning soatimizga qoʻshimcha sekundni qoʻshishlari kerak.

Mavzuga oid manbalar

[1] Grafik OpenRocket 15.03 dan foydalanib chizildi. Raketa dokumentatsiyasida koʻrsatilgan energiyani hisoblash uchun maxsus formulalar.

[2] Abbasi, Tasneem. Qayta tiklanuvchi energiya manbalari hamda ularning global isish va ifloslanishga taʼsiri. A.S.A., 2010. ISBN: 9788120339941

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.

Fizika