Spørsmål # 50cb6

Svar:

Energi er en mengde som forteller hvor mye arbeid som kan utføres av objektet med den energien.

Forklaring:

Fysisk sett kan energi defineres i forhold til den maksimale mengden arbeid som kan utføres. For å forklare dette mer forsiktig, la oss først tenke på begrepet arbeid. Jeg vil bare snakke om klassisk fysikk her.

I klassisk fysikk styres bevegelsen av objekter av Newtons andre lov # VecF = mveca #, hvor # VecF # er en kraft, # M # en gjenstand masse og # Veca # en obects akselerasjon. Dette betyr at en kraft er noe som endrer måten et objekt beveger seg på.

Selvfølgelig kan vi variere kraften vi opptrer på en partikkel gjennom tiden, eller rettere, gjennom stien det tar. Vi definerer derfor en mengde vi kaller arbeid, ((# W #), med følgende uttrykk # W = intvecF * dvecs #. Her # Dvecs = vecvdt # en vektor peker langs banen som en partikkel tar proporsjonal med partikkelens hastighet. Når banen er rett og kraften i samme retning som banen, reduseres dette til # W = FDeltas #.

Selv om vi har definert dette arbeidet med hensyn til stien langs hvilken en kraft virker, kan vi finne ut at arbeidet som trengs for å endre tilstanden til en partikkel fra den ene til den andre (for eksempel endre hastigheten på en partikkel) er bare avhengig på den opprinnelige og endelige situasjonen. For å se dette, jobber vi bare med integrasjonen ved hjelp av Newtons andre lov.

# W = intvecF * dvecs = intmveca * vecvdt = m int (d ^ 2vecs) / dt ^ 2 * (dvecs) / dtdt #

Nå bruker vi # D / dt (v ^ 2) = d / dt ((dvecs) / dt * (dvecs) / dt) = 2 (d ^ 2vecs) / dt ^ 2 * (dvecs) / dt # via produktregelen, så # W = m / 2intd / dt (v ^ 2) dt = m / 2 v ^ 2 _ "initielt" ^ "endelig" = m / 2 (v_f ^ 2-v_i ^ 2) #.

Så faktisk trenger vi bare å vite de første og endelige hastighetene og massen for å kjenne arbeidet.

Nå definerer vi noe som kalles den kinetiske energien til et objekt #E_ "kin" = m / 2v ^ 2 #, så # W = DeltaE_ "kin" #. Noter det # W # kan være både negativ eller positiv. Hvis # W # er positiv, sier vi at arbeidet har blitt utført på objektet, hvis det er negativt, sier vi at objektet har utført arbeid. Siden # V ^ 2> 0 #, den maksimale mengden arbeid som et bevegelig objekt kan utføre er gitt av sin kinetiske energi.

Hittil har vi bare snakket om å flytte partikler, men det er mange andre ting der vi ser denne mengden arbeid, tenk på komprimering av gass, elektriske og magnetiske felt. Men generelt er det mulig å tildele en verdi til en gjenstand som endres når arbeid utføres. Så når vi på en eller annen måte kan skrive ned et uttrykk for en verdi # E # for en gjenstand som endres når objektet utfører arbeid via # W = DeltaE #, og når # E = 0 # objektet kan ikke utføre arbeid, vi kaller denne verdien en energi.