Я пытаюсь понять основные концепции энергии, и у меня есть вопрос относительно сохранения энергии.
Согласно книге Фейнмана и Википедии, закон сохранения энергии гласит, что изолированные физические системы (физические системы, на которые не действует результирующая сила, только внутренние силы) сохраняют свою энергию.
Но затем я представляю какой-то объект в какой-то точке над поверхностью земли (без учета сопротивления воздуха). Очевидно, что это не изолированная физическая система (на нее действует гравитация), но каким-то образом, пока она находится в свободном падении, ее энергия сохраняется (ее потенциальная энергия, основанная на ее положении относительно Земли, переходит в ее кинетическую энергию).
Я знаю, что систему земля-объект можно рассматривать как изолированную систему, но мне любопытно, что в некоторых неизолированных системах (масса над землей) сохраняется энергия.
Итак, кажется, что закон сохранения энергии иногда работает только для изолированных систем, а иногда и для неизолированных систем.
Итак, к каким системам действительно применим закон сохранения энергии? Или, что то же самое, что такое «изолированные физические системы» на самом деле?
Как вы процитировали,
Закон сохранения энергии гласит, что изолированные физические системы сохраняют свою энергию.
Но никто не говорит, что неизолированная система не может сохранять свою энергию.
На массу над Землей действует консервативное поле — гравитационное поле. В консервативном поле полная энергия тела сохраняется, а только преобразуется обратимо из одной формы в другую. В вашем случае гравитационная потенциальная энергия переходит в кинетическую и обратно. Т.е. при падении на Землю, если столкновение объекта с Землей будет полностью упругим (без потери энергии), объект отскочит, затем снова упадет и так далее.
Абсолютно изолированных систем не существует , только приблизительно изолированные. Вселенная полна тел, любой объект подвержен притяжению других объектов. В наших лабораториях мы проводим всевозможные эксперименты в вакууме , но мы никогда не сможем реализовать абсолютный вакуум .
О сохранении энергии в классической физике можно сказать, что оно выполняется всегда , при условии, что мы принимаем во внимание все формы энергии, участвующие в рассматриваемом процессе. Например, если при рассмотрении вашего объекта, движущегося в гравитационном поле Земли, принять во внимание трение о воздух, то закон сохранения механической энергии уже не выполняется . Но если мы добавим энергию, теряемую на трение, полная энергия останется постоянной.
Расширяя то, что сказала София, масса над Землей не является изолированной системой, потому что на нее действует гравитация. По ее словам, только приближенные изолированные системы выходят, представьте себе кусок железа в комнате. В комнате создано магнитное поле, но поскольку вы находитесь внутри него, вы этого не знаете. Комок начинает двигаться, и вы измеряете КЭ. Вы бы пришли к выводу, что минимум пробит, но на самом деле вы не рассматривали закрытую систему. Если бы вы знали, что существует поле, вы бы измерили потенциальную энергию раньше, и, таким образом, выигрыш в КЭ имел бы смысл.
Джон Ренни
зануда