Физика для "чайников" - страница 17

Один маленький момент, который ещё хочется отметить про потенциальную энергию. Народ приметил принцип, который назвали "минимум потенциальной энергии". Он означает, что любое тело стремится занять такое положение, при котором его потенциальная энергия будет минимальна. Поэтому пружина разжимается; в том числе и поэтому тела падают, поэтому при устойчивом равновесии тот шарик в канавке возвращался обратно в самую глубокую её точку. Чтобы легче это понять, можно представить это себе как лирику вроде "природа не терпит возмущений", "природа стремится к равновесию", "со временем всё устаканится", "время лечит" - кому что больше нравится.

В заключение, ещё чуть-чуть о законе сохранения. Он говорит, что если система тел вся такая из себя идеальная, что внутри нет никаких "сопротивляющихся" сил, да и над самой системой никакие силы работу не совершают - вот только тогда общая механическая энергия будет постоянной. На деле это не совсем так, как я уже сказал. Если под ногами мешается "сопротивляющаяся" сила, то она совершает отрицательную работу, и её нужно просто добавить к общей энергии - то есть вычесть. Если над нашими телами кто-то ещё совершает работу, тогда эта посторонняя работа положительна, и к общей энергии её добавляем - приплюсовываем.

Вкратце и поумнее: механическая энергия - величина, характеризующая движение тел и взаимодействие между ними, характеризующая способность тела совершить работу. Механическая работа - это скалярное произведение векторов силы и перемещения (A = F*s*cosa, где A - работа, F - модуль силы, s - модуль перемещения, cosa - косинус угла между векторами силы и перемещения). Работа - величина скалярная (не векторная, это число), измеряется в джоулях (Дж). Мощность - скорость изменения работы, P = A/t (также обозначается буквой N). P - мощность, A - работа, t - время, за которое она была совершена. Единица измерения - ватт (Вт). Механическая энергия бывает кинетической и потенциальной. Кинетическая - энергия движения, её тело имеет, когда движется. E = m*(v^2)/2, m - масса, v - скорость. Потенциальная энергия - энергия взаимодействия. Для тела, поднятого на высоту h над условным "нулём" (уровнем моря, уровнем пола, уровнем первого этажа и т.п.) E = m*g*h, где m - масса тела, g - ускорение свободного падения, h - высота над уровнем "нуля" (тогда она положительна) или глубина под уровнем "нуля" (тогда она отрицательна). У упруго деформированной пружины также есть потенциальная энергия; если деформация соответствует закону Гука, то энергия такой пружины будет равна E = k*(x^2)/2, k - жёсткость пружины, x - изменение размера. Принцип минимума потенциальной энергии - тело стремится занять такое положение, при котором его потенциальная энергия будет минимальна. Единица измерения любой энергии - тоже джоуль (Дж). Закон сохранения механической энергии: механическая энергия изолированной системы (работа внешних сил по отношению к которой равна нулю и внутри которой действуют только консервативные силы) остаётся постоянной. В случае если работа внешних сил или неконсервативные силы всё-таки есть, в закон сохранения нужно добавить работу внешних сил со знаком "+" и/или работу неконсервативных сил со знаком "-".

Покончили наконец с энергиями и импульсами. Осталось два ещё более-менее важных блока механики, которой компостируют мозги в школе. Первый блок - это гидро- и аэростатика. Эти два раздела отвечают за равновесные состояния жидкостей и газов (соответственно). (Твёрдые тела не трогаем, потому что только жидкости и газы принимают форму сосудов, в которых их поместили - именно на основе этого всё строится дальше.) Казалось бы, подумаешь - налили в стакан воду (или наполнили баллон газом) - и всё. Всё-то всё, только и у тех, и у других есть параметры "спокойного" состояния, с которыми тоже нужно что-то делать. Например, давление. Это штука означает, что жидкость или газ давит на стенки сосуда (тех же стакана или баллона), в котором находится. Обычно стенки рассчитываются так, что держат это давление, но если перестараться, то они разорвутся - так, воздушный шарик, если его надуть слишком сильно, просто-напросто лопнет, и от него останется только "хвостик", через который надуваешь. Остальная - шаровая - часть разорвётся на мелкие кусочки и улетит во все стороны. Что, кстати, тоже объясняется той же физикой. Вообще, давление - это сила, с которой что-то давит, делённая на площадь, на которую это "что-то" давит. В том числе поэтому по рыхлому снегу удобнее ехать на лыжах, чем ходить в ботинках - у лыж площадь больше, и при той же нашей силе тяжести, с которой мы давим, давление на снег будет меньше - значит, проваливаться будем не так сильно. Несмотря на то, что сила вроде бы вектор, здесь надо смотреть только её значение, поэтому давление - не вектор, а число. Меряется оно в... Н/(м^2)? Так-то оно так, только и эту размерность обозвали именем учёного Паскаля и стали обозначать Па. Этот же товарищ вывел закон, который обозвали его же именем: давление на жидкость или газ распространяется во всех направлениях одинаково. Собственно, поэтому лопнувший шарик разбрасывает клочки резины именно во все стороны. На эту же тему был забавный вопросец на тему, что будет, если выстрелить из пневматической винтовки в сырое яйцо. Правильный ответ - оно так же лопнет и разлетится, потому что на жидкость (которая внутри сырого яйца) закон Паскаля тоже действует. А вот на твёрдое - нет: если выстрелить в сваренное вкрутую яйцо, то там просто останется дырочка.