אנו מסבירים מהי אנרגיה בפיזיקה, מהי אנרגיה פוטנציאלית וקינטית. כמו כן, כיצד פועל כוח ומהי עבודה.
מהי אנרגיה?
ב גוּפָנִי, אנו מתייחסים לאנרגיה כיכולת של מערכת או תופעה לבצע עבודה מסוימת. המילה אנרגיה באה מיווניתנִמרָץ שפירושו "כוח הפעולה" או "כוח העבודה". זהו מושג בשימוש נרחב במדע זה ובאחרים בכלל, עם משמעויות ומשמעויות שונות.
יכולת זו לבצע עבודה היא מפתח בעניין הפיזיקה באנרגיה, שכן דיסציפלינה זו חוקרת את המערכות של טֶבַע כפעולות ותגובות שבהן החומר קשור זה בזה ואנרגיה מועברת ממערכת אחת לאחרת, מצורה אחת לאחרת.
למעשה, האנרגיה נשלטת על פי החוק השני של התרמודינמיקה (במכניקה הקלאסית, כלומר, ניוטונית), הקובע שכמות האנרגיה שלעוֹלָם הוא תמיד יציב, קבוע ואינו יכול להיווצר או להרוס, רק להפוך אותו.
מצד שני, במכניקה רלטיביסטית, הנשלטת על ידי התורת היחסות אלברט איינשטיין, אנרגיה ו מסה יש קשר קרוב יותר שמגדיר את המשוואה המפורסמת E = m.c2כלומר, אנרגיה שווה פעמים מסהמהירות האור בריבוע. לפיכך, לכל הגופים, פשוט בגלל שהם מורכבים מחומר, יש כמות אנרגיה שניתנת על ידי משוואת איינשטיין.
מצד שני, אנרגיה (E) ועבודה (W) שוות ערך, ולכן הם נמדדים באותו סוג של יחידות: ג'ול או ג'ול (J), כלומר ניוטון למטר (N/m).
אנרגיה פוטנציאלית
אנרגיה פוטנציאלית קשורה לגוף או למערכת פיזיקלית שנקבעת מתוקף מיקומו או גובהה, כלומר מבוססת על שדה כוחות שבו היא שקועה. סוג זה של אנרגיה ניתן לסווג ל:
- אנגריה פוטנציאלית של כוח המשיכה. זוהי האנרגיה שיש לגוף מסיבי כאשר הוא שקוע בשדה כבידה. שדות כבידה נוצרים סביב אובייקטים עם המונים גדול מאוד (כגון ההמונים של כוכבי לכת וה שמש). לדוגמה, לרכבת הרים יש אנרגיה פוטנציאלית מקסימלית במיקום הגובה המרבי שלה מכיוון שהיא שקועה בשדה הכבידה של כדור הארץ. ברגע שהעגלה מופלת, היא מאבדת גובה והאנרגיה הפוטנציאלית הופכת לאנרגיה קינטית.
- אנרגיה פוטנציאלית אלקטרוסטטית. לגבי חַשְׁמַל מיישם גם את הרעיון של אנרגיה פוטנציאלית, שניתן להמיר לצורות אחרות של אנרגיה, כגון קינטיקה, תֶרמִי אוֹ אוֹר, לאור הרבגוניות העצומה של אלקטרומגנטיות. במקרה זה האנרגיה נובעת משדה הכוחות החשמליים המופקים על ידי החלקיקים הטעונים.
- אנרגיה אלסטית פוטנציאלית. אנרגיה פוטנציאלית אלסטית קשורה לתכונה של גְמִישׁוּת של חומר, שהיא הנטייה להחזיר את צורתו המקורית לאחר שהוא נתון לכוחות דפורמציה גדולים מההתנגדות שלו. דוגמה מובהקת לאנרגיה אלסטית היא של קפיץ שנמתח או מתכווץ כתוצאה מכוח חיצוני וחוזר למקומו המקורי ברגע שהכוח הזה כבר לא מופעל. דוגמה נוספת היא מערכת חץ וקשת. באחרון, האנרגיה הפוטנציאלית האלסטית מגיעה לערכה המקסימלי כאשר הקשת נמשכת על ידי משיכת הסיב האלסטי, כיפוף מעט את העץ, אך עדיין במהירות אפסית. ברגע הבא האנרגיה הפוטנציאלית הופכת לקינטית והחץ נזרק במלוא המהירות קדימה.
אנרגיה קינטית
לגוף שנע במהירות מסוימת תהיה אנרגיה קינטית קשורה.
אנרגיה קינטית היא אנרגיית התנועה, והיא מסומנת בדרך כלל על ידי הסימניםק, ט אוֹEcשכן הוא חשוב ביותר לתחומי הפיזיקה השונים. לגוף שנע במהירות מסוימת תהיה אנרגיה קינטית קשורה.
אנרגיה קינטית היא המפתח במושג של טֶמפֶּרָטוּרָה, למעשה הטמפרטורה היא האנרגיה הקינטית של ה חלקיקים המרכיבים אחד מחומר או חפץ.
הנוסחה המסורתית לחישוב האנרגיה הקינטית של גוף הנע במהירות (v) היא הבאה:Ec = ½.m.v2
כּוֹחַ
בפיזיקה, כּוֹחַ זוהי כמות וקטורית (בעלת כיוון וחוש) והיא מסוגלת לשנות את כמות התנועה או הצורה של גוף או חומר נתון. זה לא שווה ערך למאמץ או אנרגיה.
כוח נמדד במערכת הבינלאומית על ידי ניוטון (N). ניוטון אחד מוגדר ככמות הכוח הדרושה כדי להאיץ עצם בעל מסה 1 ק"ג ב-1 m/s2.
עבודה
בפיזיקה הניוטונית (קלאסית), עבודתו של כוח מוגדרת כמכפלת הכוח והמרחק שדרכו מופעל כוח זה.
עבודה זו תהיה שווה לכמות האנרגיה הדרושה כדי להניע אותה במהירות.
העבודה מיוצגת על ידי הסמלW (של אנגליתעֲבוֹדָה), הוא גודל סקלרי (ללא כיוון) והוא מתבטא באותן יחידות כמו אנרגיה (ג'אול).