שאלה # 50cb6

תשובה:

אנרגיה היא כמות שמספרת כמה עבודה יכולה להתבצע על ידי האובייקט עם האנרגיה.

הסבר:

מבחינה פיזית, אנרגיה יכולה להיות מוגדרת במונחים של כמות מקסימלית של עבודה שניתן לבצע. כדי להסביר זאת בזהירות רבה יותר, הבה נחשוב תחילה על רעיון העבודה. אני רק אדבר פה על פיסיקה קלאסית.

בפיסיקה הקלאסית, תנועה של אובייקטים נשלטת על ידי החוק השני ניוטון # vecF = mveca #, איפה # vecF # הוא כוח, #M# מסה אובייקטים # veca # האצת העלאה. משמעות הדבר היא כי כוח הוא משהו שמשנה את האופן שבו אובייקט נע.

כמובן שאנחנו יכולים לשנות את הכוח שאנחנו פועלים על חלקיק לאורך זמן, או ליתר דיוק, דרך הנתיב שהוא לוקח. לכן אנו מגדירים כמות שאנו קוראים לה עבודה (#W #), על ידי הביטוי הבא # W = intvecF * dvecs #. כאן # dvecs = vecvdt # וקטור הצביע לאורך השביל, כי חלקיק לוקח פרופורציונלי למהירות של החלקיק. כאשר הנתיב הוא ישר ואת הכוח באותו כיוון כמו הנתיב, זה מפחית # W = FDeltas #.

למרות שהגדרנו את העבודה הזאת במונחים של הנתיב שבו כוח פועל, נוכל להבין כי העבודה הנדרשת כדי לשנות את מצב החלקיקים מאחד לשני (למשל לשנות את המהירות של חלקיק) תלויה רק על המצב הראשוני והאחרון. כדי לראות את זה אנחנו פשוט לעבוד את אינטגרל באמצעות ניוטון החוק השני.

# W = intvecF * dvecs = intmveca * vecvdt = m int (d ^ 2vecs) / dt ^ 2 * (dvecs) / dtdt #

עכשיו אנחנו משתמשים (dvecs) / dt) = d (d = 2vecs) / dt ^ 2 * (dvecs) / dt # דרך כלל המוצר, כך # W = m / 2intd / dt (v ^ 2) dt = m / 2 v ^ 2 _ "first" = "final" = m / 2 (v_f ^ 2-v_i ^ 2) # #.

אז אנחנו רק צריכים לדעת את המהירות הראשונית ואת הסופי ואת המוני כדי לדעת את העבודה.

עכשיו אנחנו מגדירים משהו שנקרא אנרגיה קינטית של אובייקט #E_ "kin" = m / 2v ^ 2 #, לכן # W = DeltaE_ "kin" #. שים לב ש #W # יכול להיות שלילי או חיובי. אם #W # הוא חיובי, אנו אומרים כי העבודה בוצעה על האובייקט, אם זה שלילי, אנו אומרים את האובייקט ביצע עבודה. מאז # v ^ 2> 0 #, את כמות העבודה המקסימלית אובייקט נע יכול לבצע ניתנת על ידי האנרגיה הקינטית שלה.

עד עכשיו יש לנו רק דיבר על העברת חלקיקים, אבל יש הרבה דברים אחרים שבהם אנו רואים את זה כמות העבודה, לחשוב על דחיסה של גז, שדות חשמליים ומגנטיים. עם זאת, באופן כללי ניתן להקצות ערך לאובייקט שמשתנה כאשר העבודה מתבצעת. אז כאשר אנחנו יכולים איכשהו לרשום ביטוי עבור ערך # E # עבור אובייקט המשתנה כאשר האובייקט מבצע עבודה דרך # W = דלתא #, ומתי # E = 0 # את האובייקט לא יכול לבצע עבודה, אנחנו קוראים לזה ערך אנרגיה.