Potensial energiya va kinetik energiya

19-DARS .
Potensial energiya va kinetik energiya .
Dunyoda energiyaning ko'p turlari mavjud bo'lsa-da, ularning barchasi ikkita keng toifaga bo'linadi: potentsial energiya va kinetik energiya. Energiya to'planib, ishlarni bajarishni kutayotganda, biz uni potentsial energiya deb ataymiz; "potentsial" shunchaki energiya keyinchalik foydali narsalarni qilish qobiliyatiga ega ekanligini anglatadi. To'plangan energiya biror narsa qilish uchun ishlatilsa , biz uni kinetik energiya deb ataymiz; "kinetik" harakat degan ma'noni anglatadi va, odatda, saqlangan energiya sarflanganda, u narsalarni harakatga keltiradi yoki sodir bo'ladi.

Foto: Har safar zinapoyaga chiqqaningizda potentsial energiya olasiz. Sizning mushaklaringiz tanangizni tortishish kuchiga qarshi tortadi, ish qiladi. Nazariy jihatdan, siz ko'tarilganingizda tanangiz oladigan potentsial energiya u yo'qotadigan oziq-ovqat energiyasi bilan bir xil : energiyaning bir shakli shunchaki boshqasiga aylanadi. (Amalda siz o'ylaganingizdan ko'ra ko'proq energiya sarflashingiz kerak, chunki bu jarayonda tanangiz juda ko'p energiya sarflaydi.) Zinapoyaning yuqori qismida siz saqlangan potentsial energiyani kinetik energiyaga (harakat) aylantirishingiz mumkin. ) turli yo'llar bilan, masalan, panjaralardan sirg'anish yoki o't o'chiruvchi ustunidan sakrash!
Atrofimizdagi dunyoda potentsial energiya va kinetik energiya misollarini topish oson . Agar siz toshni tepalikka surib qo'ysangiz, cho'qqiga chiqish haqiqiy harakat ekanligini ko'rasiz . Buning sababi shundaki, tortishish kuchi doimo sizni (va toshni) pastga tushirishga harakat qiladi. Ilm-fanda biz toshni tepalikka surish uchun tortishish kuchiga qarshi ish qilish kerakligini aytamiz. Ish qilish energiyadan foydalanish kerakligini anglatadi: tanangizdagi mushaklar shakar va yog'ni aylantirib, toshni itarish uchun zarur bo'lgan energiyani ishlab chiqarishi kerak. Bu energiya qayerga ketadi? Siz ko'tarilayotganda energiya ishlatsangiz ham, tanangiz va tosh ham energiya oladi - potentsial energiya. Tosh tepalikning tepasida bo'lganda, uni qo'yib yuborishingiz mumkin, shunda u yana pastga tushadi. U potentsial energiyani saqlaganligi sababli pastga aylanishi mumkin. Boshqacha qilib aytganda, u o'z-o'zidan tepadan pastga dumalab tushish imkoniyatiga ega.
Tosh tepalikdan pastga aylana boshlaganda, uning tepasida bo'lgan potentsial energiya asta-sekin kinetik energiyaga aylanadi . Kinetik energiya haqida gapirganda, biz odatda biror narsa harakatlanayotganligi sababli ega bo'lgan energiyani nazarda tutamiz. Massaga ega bo'lgan (hajmni egallaydigan ba'zi moddalarni o'z ichiga olgan) va ma'lum tezlikda (yoki tezlikda) harakatlanadigan har qanday narsa kinetik energiyaga ega. Biror narsaning massasi qanchalik ko'p bo'lsa va u tezroq ketadi (tezlik qanchalik baland bo'lsa), uning kinetik energiyasi shunchalik ko'p bo'ladi. Agar yuk mashinasi va avtomobil bir xil tezlikda avtomagistral bo'ylab bir-biriga parallel ravishda harakatlansa, yuk mashinasi avtomobilga qaraganda ko'proq kinetik energiyaga ega, chunki u juda ko'p massaga ega. ( Harakat fani haqida ko'proq o'qing .)
Biz har kuni qiladigan ko'p narsalar energiyani potentsial va kinetik o'rtasida aylantirishni o'z ichiga oladi. O'zingizni arqonda jarlikka torting va qanchalik baland bo'lsangiz, sizda ko'proq potentsial energiya mavjud. Agar siz pastga tushsangiz, harakatlanayotganda potentsial energiya kinetik energiyaga aylanadi. Pastki qismga yetganingizda, kinetik energiya issiqlikka ( toqqa chiqish uskunangiz va arqon hayratlanarli darajada qizib ketadi) va tovushga aylandi (arqon pastga tushganingizda shovqin qiladi).
Potensial va kinetik energiyaning boshqa turlari
Narsalar boshqa sabablarga ko'ra potentsial va kinetik energiyaga ega bo'lishi mumkin. Mana yana bir qancha misollar. Tepadan o'tayotgan momaqaldiroq buluti elektr energiyasini ulkan chaqmoqlar sifatida chiqarish "potentsialiga" ega. Boshqacha qilib aytganda, biz uning elektr potentsial energiyasiga ega ekanligini aytamiz. Faraz qilaylik, siz kamondan o'q otmoqchisiz. Elastik kamonni orqaga tortganingizda, uni tabiiy shaklidan tashqariga cho'zishingiz kerak. Buni qilganingizda, siz unga elastik potentsial energiya deb ataladigan narsani berasiz (u ba'zan mexanik potentsial energiya deb ham ataladi). Kamonni qo'yib yuborganingizda, u o'qni havo orqali otish uchun saqlangan potentsial energiyadan foydalanadi.
Potensial energiyaning bir nechta turlari bo'lgani kabi, kinetik energiyaning ham har xil turlari mavjud. Momaqaldiroq buluti o'zining elektr potentsial energiyasini chaqmoq sifatida chiqarganda, ulkan uchqunlar osmondan erga uchadi. Chaqmoq - bu havoda harakatlanadigan ulkan elektr toki (elektr oqimi) - boshqacha qilib aytganda, biz buni "elektr kinetik energiya" deb atashimiz mumkin. Shuningdek, biz tovush, issiqlik va yorug'likni kinetik energiyaga misol qilishimiz mumkin, chunki ular energiyaning bir joydan ikkinchisiga o'tishini o'z ichiga oladi.

Foto: Chaqmoq - bu elektr potentsial energiyasining katta chiqishi.
20-dars.
Issiqlik energiyasi .
Issiqlik bizning dunyomizdagi eng tanish energiya turlaridan biri - lekin bu potentsial energiyami yoki kinetik energiyami? Aslida, bu ikkalasi ham bo'lishi mumkin. Aytaylik, siz temirni olovda qizdiring, shunda u qizg'ish qiziydi . Agar siz uni bir chelak sovuq suvga solsangiz, juda ko'p bug' hosil qilasiz . Issiq bardan olingan energiya suvga tushadi va uni ham isitadi va bu jarayonda o'z energiyasining bir qismini yo'qotadi. Bu shuni anglatadiki, issiq bar - issiqlik energiyasi bo'lgan bar - potentsial energiyaga ega: u boshqa narsani isitish imkoniyatiga ega . Lekin issiq bar ham kinetik energiyaga ega. Temir panjara ichida milliardlab temir atomlari kristall panjara deb ataladigan qattiq tuzilishda birlashtirilgan. Bu biroz bo'g'inlarida atomlar bo'lgan toqqa chiqadigan ramkaga o'xshaydi. Atomlar deyarli bir joyda o'rnatilgan bo'lsa-da, ular doimo tebranib turadilar. Har bir atom bir oz kinetik energiyaga ega. Temirni qanchalik qizdirsangiz va u qanchalik qizisa, atomlar shunchalik ko'p tebranadi va ularning kinetik energiyasi shunchalik ko'p bo'ladi. Boshqacha qilib aytganda, issiqlik bar ichida jiggling atomlari va ularning kinetik energiyasi tomonidan ushlab turiladi . Issiqlik atomlar va molekulalarning harakatlanishi natijasida yuzaga keladi, degan fikr moddaning kinetik nazariyasi deb nomlanadi.
Issiq jismlar issiqlik energiyasini yaqin atrofdagi boshqa narsalarga o'tkazishni yaxshi ko'radilar. Agar siz issiq narsaga tegsangiz, uning issiqlik energiyasining bir qismi sizga oqib tushadi va siz yonib ketasiz . Bu issiqlik o'tkazuvchanligi deb ataladi . Lekin uning issiqligini his qilish uchun biror narsaga teginish shart emas. Agar siz gulxandan bir oz masofada o'tirsangiz, olov sizga tegmasa ham, uning issiqlik energiyasini yonoqlarda his qila olasiz . Buning sababi shundaki, olov o'z energiyasini issiqlik nurlanishi deb ataladigan jarayon orqali bo'sh joydan o'tkazadi. Radiatsiya - bu Quyosh o'z energiyasini taxminan 150 million km (93 million milya) bo'sh kosmosdan Yerga 8 daqiqadan bir oz ko'proq vaqt davom etadigan sayohatda o'tkazish usulidir.
Issiqlik energiyasi ham issiqlik konvektsiyasi deb nomlanuvchi uchinchi usulda harakat qiladi. Agar siz pechka ustiga bir idish sho'rva qo'ysangiz va uni qizdirsangiz, issiqlik o'tkazuvchanlik orqali pechdan idishga o'tadi. Idishning pastki qismidagi sho'rva tezda isiydi. Bu uning ustidagi sho'rvaga qaraganda kamroq zichroq ("nozik") qiladi, shuning uchun u yuqoriga ko'tariladi. Iliq sho‘rva ko‘tarilgach, tepadagi sovuqroq sho‘rvani yo‘ldan itarib yuboradi, sovuq sho‘rva esa o‘z o‘rnini egallash uchun yana pastga tushadi. Ko'p o'tmay , sho'rva ichida qandaydir ko'rinmas halqa hosil bo'ladi, issiqlik energiyasi doimo pechdan ko'tarilib, yuqoridagi suyuqlik orqali aylanadi. Bu jarayon, shuningdek, issiqlik issiq havo shari orqali qanday o'tadi , pastki qismidagi burnerdan, shuning uchun u tizimli ravishda ichidagi barcha gazni isitadi.