Kysymys # 50cb6

Vastaus:

Energia on määrä, joka kertoo, kuinka paljon työtä voi suorittaa kyseisellä energialla.

Selitys:

Fyysisesti ottaen energia voidaan määritellä suoritettavan työn enimmäismäärän perusteella. Jotta voisimme selittää tätä tarkemmin, ajattele ensin työn käsitettä. Puhun vain klassisesta fysiikasta täällä.

Klassisessa fysiikassa esineiden liikettä säätelee Newtonsin toinen laki # VecF = mveca #, missä # VecF # on voima, # M # esineiden massa ja # Veca # haitta kiihtyy. Tämä tarkoittaa, että voima on jotain, joka muuttaa tavan liikkumista.

Tietenkin voimme vaihdella voimaa, jonka me toimimme hiukkasen ajan kautta, tai pikemminkin sen kulkemisen kautta. Siksi määrittelemme työn, jota kutsumme, (# W #) seuraavalla ilmaisulla # W = intvecF * dvecs #. Tässä # Dvecs = vecvdt # vektorin, joka osoittaa pitkin polkua, jossa hiukkanen on suhteessa hiukkasen nopeuteen. Kun polku on suora ja voima samaan suuntaan kuin polku, tämä laskee arvoon # W = FDeltas #.

Vaikka olemme määrittäneet tämän työn polun varrella, jolla voima toimii, voimme selvittää, että työ, joka tarvitaan hiukkasen tilan muuttamiseksi yhdestä toiseen (esimerkiksi hiukkasnopeuden muuttaminen), on vain riippuvainen tilanteesta. Nähdäksesi tämän, teemme vain integraalin käyttäen Newtonsin toista lakia.

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

Nyt käytämme # D / dt (v ^ 2) = d / dt ((dvecs) / dt * (dvecs) / dt) = 2 (d ^ 2vecs) / dt ^ 2 * (dvecs) / dt # tuotesäännön kautta # W = m / 2intd / dt (v ^ 2) dt = m / 2 v ^ 2 _ "alun perin" ^ "lopullisesti" = m / 2 (v_f ^ 2-v_i ^ 2) #.

Joten meidän on todellakin vain tiedettävä alku- ja lopulliset nopeudet ja massa, joka tietää työn.

Nyt määritellään jotain, jota kutsutaan objektin kineettiseksi energiaksi #E_ "kin" = m / 2v ^ 2 #, niin # W = DeltaE_ "Kin" #. Ota huomioon, että # W # voi olla sekä negatiivinen että positiivinen. Jos # W # on positiivinen, sanomme, että esineelle on tehty työtä, jos se on negatiivinen, sanomme, että kohde on suorittanut työn. Siitä asti kun # V ^ 2> 0 #, liikkuvan kohteen suorittaman työn enimmäismäärä saadaan sen kineettisestä energiasta.

Tähän asti olemme puhuneet vain liikkuvista hiukkasista, mutta on monia muita asioita, joissa näemme tämän työn määrän, ajattelemme kaasun, sähkö- ja magneettikenttien puristamista. Yleensä on kuitenkin mahdollista määrittää arvo objektille, joka muuttuu työn suorittamisen aikana. Joten kun voimme jotenkin kirjoittaa arvon ilmaisun # E # objektille, joka muuttuu, kun objekti suorittaa työn kautta # W = DeltaE #, ja milloin # E = 0 # objekti ei voi suorittaa työtä, me kutsumme tätä arvoa energiaksi.