שימור האנרגיה
הוצג| English | משמעות |
|---|---|
| conservation of energy/ˌkɒnsəˈveɪʃn ɒv ˈenədʒi/ | שימור אנרגיה |
| thermal energy/ˈθɜːml ˈenədʒi/ | אנרגיה תרמית |
רכבת הרים ללא מנוע — עם זאת היא נוסעת במהירות
- לאחר העלייה הראשונה, מנוע רכבת ההרים נכבה. עם זאת, היא ממשיכה לנוע בתעלות ובגבעות.
- האנרגיה שלו לעולם אינה נוצרת או מוחקת — אלא רק מועברת בין צורות.
- בחלק העליון היא בעיקר אנרגיה פוטנציאלית; בחלק התחתון, בעיקר אנרגיה קינטית.
- זוהי שימור האנרגיה, אחת החוקים העמוקים ביותר בפיזיקה.
המרת אנרגיה מכנית
- אנרגיה מכנית היא סכום האנרגיה הקינטית והפוטנציאלית: $E_k + E_p$.
- ללא חיכוך, סכום זה נשאר קבוע במהלך התנועה.
- בזמן ירידה, $E_p$ יורד ו-$E_k$ עולה באותו גודל; בזמן עלייה, ההפך.
- האנרגיה פשוט מוזזת מחשבון אחד לשני.
צפו להפכת PE ל-KS
הורידו מגובה וצפו כי האנרגיה הפוטנציאלית הופכת לאנרגיה קינטית; הוסיפו חיכוך כדי להעביר חלק לאנרגיה תרמית.
אנרגיה מכנית היא סכום האנרגיה הקינטית ואנרגיית ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
אנרגיה מכנית $= E_k + E_p$ — קינטית פלו פוטנציאלית.
במסלול ללא חיכוך, היכן האנרגיה הקינטית גדולה ביותר?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
נקודה הנמוכה ביותר: PE מינימלי, KE מקסימלי — מהירות מרבית.
אלwhere החיכוך שולח את האנרגיה
- למסלולים אמיתיים יש חיכוך, ולכן נראה כאילו אנרגיה מכנית "נעלמת".
- היא לא נעלמה — היא הופכת לאנרגיה תרמית (חום) במשטחים.
- אם סופרים גם חום, ה-סכום האנרגיה עדיין שמר על שימור מושלם.
- היקום משמר ספר מדויק: אנרגיה רק משנה צורה.
כשחיכוך מאט בלוק החולק, אנרגיה זו נהרסת.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
היא אינה נהרסת — היא הופכת לאנרגיה תרמית (חום). האנרגיה הכוללת שמורה.
במגלש אמיתי (מחוספס), לאן הולך ה-"עודף" האנרגיה המכנית?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
חיכוך ממיר אנרגיה מכנית לאנרגיה תרמית. אם מחשיבים את החום, הסך הכל שמור.
שימוש בשימור לפתרון בעיות
- קבעו שאנרגיה בהתחלה שווה לאנרגיה בסוף: $E_{k,i} + E_{p,i} = E_{k,f} + E_{p,f}$.
- עבור נפילה ממצב רגוע בגובה $h$: $mgh = \tfrac12 m v^2$, ולכן $v = \sqrt{2gh}$.
- אין צורך לעקוב אחרי הכוחות המסורבלים בדרכים — פשוט השוו התחלה לסוף.
- קיצור דרך זה הוא אחד הכלים החזקים ביותר במכניקה.
כדור מורד מהמנוחה ב-$5\ \text{m}$ ($g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$, ללא התנגדות אוויר). מהי מהירותו בתחתית, ב-$\tfrac{\text{m}}{\text{s}}$?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
$mgh = \tfrac12 mv^2 \Rightarrow v = \sqrt{2gh} = \sqrt{2\times10\times5} = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
סמן את כל האמרות הנכונות לגבי נדנוד חסר חיכוך.
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
אנרגיה אינה נוצרת אלא נשמרת: PE פסגה למעלה ו-KE למטה.
אנרגיה מעולם אינה נהרסת — כאשר נראה שהיא נעלמת, היא לרוב הופכת לחום דרך חיכוך או התנגדות האוויר. "אנרגיה מאבדת" פירונו למעשה "אנרגיה שועברה לצורה שאינה נמדדת עוד".
כדור משוחרר ממצב רכישה בגובה $5\ \text{m}$ ($g = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}^2}$, ללא התנגדות אוויר).
- כל ה-PE הופך ל-KE: $mgh = \tfrac12 m v^2$, ולכן $gh = \tfrac12 v^2$.
- $v = \sqrt{2gh} = \sqrt{2 \times 10 \times 5} = \sqrt{100} = 10\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.
שימור אנרגיה: אנרגיה מעולם אינה נוצרת או נהרסת, אלא רק מתמרת. ללא חיכוך, אנרגיה מכנית $E_k + E_p$ נשארת קבועה, ולכן $E_{k,i} + E_{p,i} = E_{k,f} + E_{p,f}$. חיכוך ממיר אנרגיה מכנית לחום, אך הסך הכל תמיד נשמר.