Почему энергия не истощает себя?

Кинетическая энергия — это свойство движущихся объектов, а не то, что они потребляют. Движущийся объект может исчерпать свою кинетическую энергию, двигаясь, не больше, чем красный объект может исчерпать свою красноту, будучи красным.

Энергия сохраняется, то есть не создается и не уничтожается, а только передается между формами.

Для ускорения объекта требуется энергия, это называется выполнением работы над объектом. Эта энергия переходит в кинетическую энергию. Энергия хранится в скорости объекта, дело не в том, что объект должен использовать энергию, чтобы продолжать движение.

Однако в реальной жизни существуют силы трения, которые замедляют движение объекта. Силы рассеивают энергию объекта в виде тепла, поэтому для поддержания постоянной скорости над объектом необходимо совершать дополнительную работу.

Энергия полезна только тогда, когда мы можем использовать ее для выполнения работы, например, для ускорения объекта. Чтобы выполнять работу, мы должны иметь запас энергии, который выше по энергии, чем окружающая среда. Рассеивание энергии с течением времени связано с увеличением энтропии, поэтому было бы правильно сказать, что количество полезной энергии со временем уменьшается.

Подумайте о том, что происходит с истощенной кинетической энергией. Если закон сохранения энергии верен, она должна куда-то деваться, верно? В большинстве случаев трение приводит к тому, что объект теряет свою кинетическую энергию в виде тепла. Однако если отсутствует трение или какой-либо иной способ потери кинетической энергии объекта, кинетическая энергия не уменьшится. Например, ракета в дальнем космосе не теряет своей кинетической энергии и продолжает двигаться вечно.

Одна аналогия, которую я нашел, чтобы помочь с этим, взята из Алисы в Стране квантов , которая сравнивает энергию с деньгами.

Деньги бывают разных форм: наличные, сбережения на банковских счетах, акции и т. д. Когда мы что-то покупаем за деньги, деньги не истощаются и не уничтожаются, а просто отдаются кому-то другому. В общем, мы можем сказать, что у человека есть определенная сумма денег, и мы можем сказать, сколько их в каждой отдельной форме. Человек может преобразовать часть денег из одного вида в другой, сняв деньги с банковского счета или продав часть акций.

Точно так же и с энергией система имеет данную полную энергию в различных формах: теплоте, потенциальной энергии, кинетической энергии и т. д. Энергия может трансформироваться между этими формами внутри системы, и общая сумма остается неизменной. Например, когда объект скользит вниз по склону, потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию, но общая сумма остается неизменной. Теоретически объект, движущийся без внешних сил, продолжает движение с той же скоростью и имеет ту же кинетическую энергию без потерь (первый закон Ньютона), но в реальном мире движущиеся объекты почти всегда подвержены трению, которое вызывает некоторые кинетической энергии перейти в тепло.

Вы можете наблюдать это довольно просто. Если вы машете рукой по воздуху, она приобретает определенную скорость. Если вы позволите ему провести по другой руке, вы заметите, что он замедлится, и ваши руки станут горячими. Это передача кинетической энергии в тепловую посредством трения. (извините, если я не очень хорошо описал эксперимент).

Помните, когда мы говорим, что какая-то система теряет или истощает энергию, по сути, мы имеем в виду, что система совершает некоторую положительную работу над какой-то другой системой, так что количество выполненной работы равно количеству энергии, переданной другой системе.

Таким образом, чтобы объект потерял часть своей кинетической энергии, он должен совершить какую-то положительную работу над чем-то, в большинстве случаев это происходит для преодоления трения.

Оно делает.

Законы термодинамики в основном гласят, что любое взаимодействие между объектами приводит к тому, что часть энергии этого взаимодействия тратится впустую в виде отработанного тепла. В результате количество полезной энергии во Вселенной постоянно уменьшается, а количество отработанного тепла медленно растет. Точка, в которой вся энергия Вселенной была преобразована в отработанное тепло, называется «тепловой смертью Вселенной».

К счастью, скорость, с которой это происходит, очень мала, а во Вселенной много энергии, так что это не произойдет в ближайшие миллиарды и миллиарды лет.

Из-за симметрии при переносе во времени энергия сохраняется. Могу я напомнить из Нётер, что энергия — это не вещь, это количество.

Но интуиция, которую мы строим внутри себя на Земле, заключается в том, что энергия используется определенным образом. Фактически энергия не расходуется, но меняется ее природа .

Энергия изолированной системы сохраняется. Если ваш движущийся объект изолирован, энергия сохраняется.

Если объект подвергается сопротивлению воздуха, вязкости жидкости, то энергия частично меняется на движение жидкости и ее нагрев, и в то же время изменяется скорость. В$\sum\vec F = m \vec a$слева силы от окружающей среды (жидкости), а справа объект ускоряется (отрицательно или положительно). В вашем случае (явно изолированный движущийся объект) нет силы, следовательно, нет ускорения, следовательно, постоянная кинетическая энергия.