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7-2 能量的轉換和守恆

 

 

之前提到能量,本回會針對力學能進行講解,

力學能本身有一個特性就是,對於同一個東西,總合的力學能(位能+動能)一定是相等。

所以物體A

上一個時間的 力學能 (E1) = 位能 (U1) + 動能 (Ek1)

下一個時間的 力學能 (E2) = 位能 (U2) + 動能 (Ek2)

並且這兩個時間的力學能相等 E1 = E2

 

所以只要利用這一點,就可以求出整個過程的能量變化或高速、速度等特性。

如以下這個簡單的範例:

 

第一個重點是能量全部都相等,

剛丟上去的 E1 ,飛行中的 E2 到 E4 ,以及剛落地的 E5 能量都一樣。

那這邊當然挑最簡單的,比如說剛丟上去的 E1

之前說位能是高度影響,挑在地面的,高度等於0

0 乘上任何數等於 0 ,可以消去位能這項,這樣比較好算。

如以下的過程:

 

那假如求最大高度也簡單,東西往上丟,越來越高,但是速度越來越慢,

速度剛變成 0 ,要往下掉的時候,就是最大高度,也就是 E3 的位置。

所以我們可以挑 E1 = E3 這個去算:

動能和速度有關,速度因為是0,可以把動能消掉。

 

所以同理,東西往下掉,位置越來越低,

最低的時候,就是落地的時候,也就是 E5

所以這次挑 E1 = E5 的時候來算:

記得 E5 和 E1 一樣,都是在地面的位置,所以高度是0,

因此位能可以被消掉。

 

除了位能和動能的轉換之外,

科學家焦耳也發現,其實力學能也可以轉換成熱

他把東西綁在轉軸上,放開手以後,東西往下掉,

轉軸轉動水後,其實水的溫度會上升。

 

當然,最後要記得一件事情,能量守恆

必須一開始定好哪個實驗範圍之後,

就不能再更動範圍,比如說下面的圓形和三角形,

他們總和能量是固定,但是不能中途加新的東西,

或是拿掉不同的東西,再說他能量沒守恆。

 

最後就是,能量其實也可以和質量護換

愛因斯坦提過的公式,就是可以把質量轉換成能量,

所以假如你每發現一公克的質量減少了,產生核反應,

實際上就會產生1 X ( 3X10^8 )^2 焦耳的能量。