Как теряется энергия?

Это распространенный вопрос, который обычно возникает, когда понятия силы, энергии и импульса несколько смешиваются. Сила — это не что иное, как сущность, которая заставляет объект изменять скорость (либо увеличиваться, либо уменьшаться). В классических терминах это выражается как$F = ma$. Где$F$это сила,$m$масса объекта и$a$это ускорение (или изменение скорости с течением времени, которое может быть как увеличением, так и уменьшением скорости).

Кинетическая энергия$KE= \frac12mv^2$, где$m$масса объекта и$v$это скорость.

Импульс$p= mv$где$m$это масса и$v$это скорость.

Я подозреваю, что трудность, с которой вы столкнулись, заключается в том, что вы пытаетесь использовать концепцию силы, как если бы сама сила содержала некоторую энергию для передачи. Таким образом, вы можете представить себе силу, передающую энергию объекту, но вам трудно увидеть, как сила, приложенная к объекту, может уменьшить его энергию. Эта линия рассуждений неверна. Сила сама по себе не содержит энергии.

Давайте ограничим наш разговор контактными силами. Два объекта сталкиваются, и в результате скорости объектов меняются. Поскольку скорости изменились, была приложена сила. В этом случае, предполагая, что это упругое столкновение (то есть вся энергия остается в виде кинетической энергии), вы можете думать об энергии как о передаче от одного объекта к другому. Один объект получит энергию, а другой потеряет энергию. Таким образом, вы видите, что можно применить силу к объекту и получить в результате потерю энергии. То есть один объект получит энергию, а другой потеряет энергию, но общая энергия останется прежней.

Однако этот анализ не будет полным, пока мы не рассмотрим импульс. Импульс всегда сохраняется, так что общий импульс системы (двух объектов) до столкновения также должен совпадать с импульсом системы после столкновения.

Подводя итог, сила просто описывает изменение скорости (с течением времени) объекта. Объект может увеличиваться или уменьшаться в скорости в результате действия силы. Когда вы смотрите на это таким образом, становится ясно, что объект, который теряет скорость, также теряет кинетическую энергию в результате действующей на него силы. Но эта потерянная энергия не пропала. А в случае упругого столкновения полная кинетическая энергия и полный импульс системы всегда сохраняются.

Всегда помните, что если какая-то система$A$теряет энергию, то совершает положительную работу над какой-то другой системой$B$, так что количество выполненной работы равно количеству переданной энергии. Синонимичным предложением для вышеизложенного было бы, если бы какая-то система$A$теряет энергию, какая-то другая система$B$должен совершать отрицательную работу над$A$.

Например, когда объект движется по шероховатой поверхности, трение совершает над ним отрицательную работу, поэтому количество работы, выполняемой трением, представляет собой энергию, потерянную движущимся объектом, а поскольку он движется, энергия, которую он должен потерять, будет равна в виде кинетической энергии. Вы также можете посмотреть на это с точки зрения объектов. Объект постоянно совершает положительную работу против трения, чтобы преодолеть его, и, таким образом, количество проделанной работы теряется в виде кинетической энергии.