Энергия

Мы часто используем слово «энергия», поэтому целесообразно внести ясность – что мы понимаем под этим термином. Представь себе некий решётчатый резервуар, сделанный из полисахаридов и водруженный на четыре моноциклических агрегата, имеющих форму фигуры Рело с максимальной площадью, которые перемещаются по эквидистантным траекториям. Теперь представь себе… что-что? Ты не смог совершенно ясно представить объект, описанный в предыдущем предложении? Может быть термин «телега» будет яснее? Ага, яснее. Хорошо, итак – представь себе телегу. И я хочу эту телегу сдвинуть с места и передвинуть подальше. Для этого я должен толкнуть ее. А что такое «толкнуть» с точки зрения физика? Это значит, я должен продать ее как можно дороже и без штрафных санкций за некондицию. Эээ.. секундочку, меня тут поправили: «толкнуть» с точки зрения физика, это значит «приложить к ней силу». Но силы бывают разными. Я, к примеру, самый сильный и самый умный человек на Земле, это бесспорно. Другой человек – послабее – толкнет телегу с меньшей силой. Моя телега отъедет после толчка далеко, а его – не очень. Это все очевидно. Прилагать силу можно и не одним резким толчком, а на протяжении определенной дистанции – идешь и толкаешь. И снова – если мою телегу на протяжении километра толкает мощный мотор, то работы будет совершено много, а если маломощный мотор будет толкать телегу только на протяжении ста метров – работы будет совершено мало.

И вот, физики придумали термин «работа», который определяется как произведение величины силы на то расстояние, на котором эта сила прилагалась – довольно просто. Сила в физике обозначается буквой «F», а расстояние – буквой «s». Символ дельта – «∆» - обозначает «промежуток», то есть «∆s» - это расстояние между исходной точкой приложения силы и конечной. Термин «работа» обозначается буквой «A». Итак, теперь мы можем записать формулу для вычисления работы в самом простом случае: работа силы F на расстоянии ∆s равна:

A=F×∆s

Чтобы телега сама по себе докатилась до края пропасти, нам нужно или с большой силой толкать ее на протяжении одного метра, придав достаточную инерцию, или с вдвое меньшей силой толкать ее два метра – инерция будет придана одна и та же, стало быть и кинетическая энергия передастся телеге одна и та же, и совершенная работа, вычисляемая по этой формуле, будет одна и та же – закон сохранения энергии выполняется.

А что же такое энергия? Теперь определить ее очень просто. Энергия – это способность совершать работу. В бензине, заключенном в моторе, заключена химическая энергия. Сжигая бензин, мы преобразуем химическую энергию в тепловую, которая, в свою очередь, с помощью специальных механизмов заставляет двигатель работать, и в результате этой работы телега разогналась. То есть сначала химическая энергия перешла в тепловую, тепловая энергия перешла в работу, а затем работа перешла в кинетическую энергию.

Конечно, это определение «энергии» не блестяще, поскольку нам надо еще определить термин «способность», но сейчас нам хватит и этого.

Если у меня есть мышцы, то я говорю, что обладаю «мышечной энергией», которая тоже является разновидностью химической энергии, и дальнейшее использование АТФ, синтезируемых митохондриями, приводит к тому, что я могу толкать телегу, то есть совершать работу.

Если камень лежит на крыше, то мы говорим, что он обладает «потенциальной энергией в гравитационном поле Земли», так как если камень столкнуть вниз, он спокойно туда полетит (это довольно сложный эксперимент, но можно тем не менее попытаться его провести), и если к камню была привязана веревочка, к которой на другом конце привязан презик, наполненный водой, то камень потащил бы эту воду за собой, то есть совершил бы работу. (Если ты решил таким образом подшутить над знакомым, то это не лучший способ, так как камень все-таки летит первым).

Если камень летит или ты убегаешь, то говорят, что вы обладаете «кинетической энергией», ведь любое движущееся тело может врезаться во что-нибудь и сдвинуть его, то есть – опять таки – может совершить работу.

Вообще говоря, известных нам видов энергии шесть: механическая (к которой относятся упомянутые мною кинетическая и потенциальная энергии), электрическая, электромагнитная, химическая, ядерная и тепловая. И существование или несуществование еще двух видов энергии еще требуется доказать – тёмная энергия и энергия вакуума. И конечно, в будущем мы можем открыть еще и другие виды энергии. Я, например, открыл энергию озаренных восприятий: когда у человека есть ОзВ, то у него резко увеличивается количество радостных желаний и желаний реализовать эти желания, а реализация этих желаний и есть работа. Но Нобелевскую премию мне пока за это не дали. Зато ничего и не отняли! А это уже плюс.

Мы знаем, что энергия может «переходить» из одного вида в другой. Например я залез в горячую ванну и испытал радость: тепловая энергия перешла в энергию ОзВ. Камень упал на землю и остановился, но за счет этого удара молекулы камня и земли нагрелись, так что механическая энергия перешла в тепловую. И было время, когда так и думали, что энергия – это некое тонкое, неуловимое вещество типа почти невесомой жидкости, которая перетекает из одного места в другое – «теплород». Но от этой идеи отказались – никакого теплорода не обнаружили, зато поняли, что энергия – это абстрактное понятие. Энергия – это НЕ обозначение какой-то материальной субстанции, а просто очень удобный способ говорить о том – какая работа может быть произведена. Особенно он удобен потому, что был обнаружен «закон сохранения энергии в замкнутых системах», то есть если мы представим себе некую идеальную систему, которая никаким образом не взаимодействует с чем-то еще, то в этой системе количество всех видов энергии всегда постоянно.

Хочу привести интересную цитату из Ричарда Фейнмана:

«There is a fact, or if you wish, a law, governing natural phenomena that are known to date. There is no known exception to this law – it is exact so far we know. The law is called conservation of energy; it states that there is a certain quantity, which we call energy that does not change in manifold changes which nature undergoes. That is a most abstract idea, because it is a mathematical principle; it says that there is a numerical quantity, which does not change when something happens. It is not a description of a mechanism, or anything concrete; it is just a strange fact that we can calculate some number, and when we finish watching nature go through her tricks and calculate the number again, it is the same.»

Только что ко мне поступил сигнал о том, что не все владеют английским в такой степени, чтобы в полной мере насладиться смыслом сказанного. Поэтому прилагаю русский перевод:

«Существует факт, или, если хочешь, закон, управляющей всеми известными нам до сих пор явлениями природы. Нам неизвестны исключения из этого закона; насколько мы знаем, он абсолютно точен. Название его — сохранение энергии. Он утверждает, что существует определенная величина, называемая энергией, которая не меняется ни при каких превращениях, происходящих в природе. Само это утверждение весьма и весьма абстрактно. Это по существу математический принцип, утверждающий, что существует некоторая численная величина, которая не изменяется ни при каких обстоятельствах. Это отнюдь не описание механизма явления или чего-то конкретного. Это просто констатация странного обстоятельства, заключающегося в том, что можно вычислить [согласно некоторым правилам] некоторое число, и если после того, как природа выкинет любые свои трюки, приколы и превращения, мы снова вычислим это число, то обнаружим, что но осталось прежним.»

Поиск по сайту: