기계적 에너지와 열로의 변화.

2장.
기계적 에너지와 열로의 변화.

위치의 에너지. 높은 돌.

34. 마지막 장에서는 에너지가 무엇을 의미하는지, 그리고 그것이 움직이는 물체의 속도에 어떻게 의존하는지를 보여주었습니다. 그리고 이제 이 동일한 에너지 또는 일을 하는 힘이 그럼에도 불구하고 절대적으로 쉬고 있는 신체에 의해 소유될 수 있다고 말합시다. 그것은 기억될 것이다( Art. 26) 킬로그램이 수직으로 위쪽으로 발사된 경우에는 비행 정상에서 잡아서 집 꼭대기에 박았다고 가정했습니다. 여기에서 그것은 움직이지 않고 쉬지만, 일을 하는 힘이 없는 것은 아니며, 따라서 에너지가 없는 것도 아닙니다. 우리가 떨어지게 놔두면 그것이 원래 위쪽으로 투사되었을 때와 같은 속도로, 따라서 많은 에너지로 땅을 치게 될 것이라는 것을 우리는 잘 알고 있기 때문입니다. 또는 우리가 선택한다면 그 에너지를 사용하여 더미에서 운전하는 데 도움을 주거나 여러 가지 방법으로 사용할 수 있습니다.

그러므로 그 높은 위치에서 에너지가 없는 것은 아니지만 이것은 조용한 성질을 가지고 있으며 최소한[24페이지] 운동. 그렇다면 무엇 때문입니까? 우리는 집 꼭대기에서 킬로그램이 차지하는 위치에 답합니다. 움직이고 있는 몸이 쉬고 있는 몸과 (에너지 면에서) 매우 다른 것과 마찬가지로 집 꼭대기에 있는 몸과 바닥에 있는 몸은 매우 다릅니다.

이것을 설명하기 위해, 우리는 활동과 힘이 같은 두 사람이 함께 싸우고 있다고 가정할 수 있습니다. 각자는 돌무더기를 가지고 적군을 괴롭히려고 합니다. 그러나 한 남자는 집 꼭대기에서 자신과 더미를 위해 높은 위치를 확보했지만 그의 적은 맨 아래 위치에 만족해야 합니다. 이제 이러한 상황에서 두 사람 중 누가 이익을 얻을 것인지 즉시 알 수 있습니다. 분명히 집 꼭대기에 있는 사람이지만 자신의 우월한 에너지 때문이 아니라 그가 가진 에너지 때문입니다. 그의 돌 더미의 높은 위치에서 파생됩니다. 따라서 우리는 위치에서 파생된 에너지의 종류와 속도에서 파생된 종류가 있음을 알 수 있으며, 미래에 전자 를 위치 에너지 , 후자 를 위치 에너지라고 부를 것입니다.운동 에너지 .

물의 머리.

35. 우리의 예를 다양하게 하기 위해, 두 개의 방앗간이 있다고 가정해 봅시다. 하나는 근처에 큰 연못이 있고 높은 곳에 있고 다른 하나에는 연못도 있지만 자체보다 낮은 높이에 있습니다. 우리는 거의 물어볼 필요가 없다[25페이지] 둘 중 어느 쪽이 작동할 것 같습니까? 낮은 수위의 연못이 있는 하나는 어떤 이점도 얻을 수 없는 반면, 다른 하나는 높은 수준의 연못 또는 수두를 사용하여 운전할 수 있습니다. 그 바퀴, 그리고 그것의 일을 하십시오. 따라서 높은 곳의 물에서 벗어나야 할 많은 일, 즉 옥수수를 갈거나 부수거나 나무를 돌리거나 톱질하는 것과 같은 실제적이고 실질적인 작업이 있습니다. 반면에 낮은 연못에서 얻을 일이 전혀 없습니다.

구부러진 석궁. 시계가 감겼습니다.

36. 지금 주어진 두 가지 예에서, 우리는 중력을 우리가 일을 해야 하는 힘으로 사용했으며, 그 덕분에 높은 바위나 물의 머리가 유리한 위치에 있습니다. , 그리고 낮은 수준으로 떨어질수록 일을 하는 힘이 있다. 그러나 중력 외에 다른 힘이 있으며, 이와 관련하여 신체는 유리한 위치에 있을 수 있으며 앞에서 언급한 경우의 돌이나 물의 수두만큼 진실로 일을 할 수 있습니다.

예를 들어, 탄성력을 가지고 석궁에서 일어나는 일을 생각해 봅시다. 이것이 구부러지면 볼트는 분명히 활의 탄성력과 관련하여 유리한 위치에 있습니다. 그리고 그것이 방출되면 볼트의 위치 에너지가 운동 에너지로 변환되며, 마치 집 꼭대기에 있는 돌이 떨어지도록 허용될 때 위치 에너지가 실제 운동 에너지로 변환되는 것과 같습니다.

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마찬가지로 감긴 시계는 태엽의 탄성력과 관련하여 유리한 위치에 있으며, 시계의 바퀴가 움직일 때 이것은 점차적으로 운동 에너지로 변환됩니다.

위치의 장점.

37. 사실상 모든 종류의 위치 에너지의 운명은 궁극적으로 운동 에너지로 전환되는 것입니다.

전자는 은행이나 자본에 있는 돈에 비유될 수 있고 후자는 우리가 지출하는 화폐에 비유될 수 있습니다. 그리고 은행에 돈이 있으면 언제든지 인출할 수 있는 것처럼 포지션 에너지의 경우에는 언제든지 사용할 수 있습니다. 이것을 좀 더 명확하게 보기 위해, 물머리에 의해 움직이는 물레방아와 바람에 의해 움직이는 풍차를 함께 비교합시다. 한 경우에는 우리에게 가장 편리한 때마다 물을 틀 수 있지만 다른 경우에는 우연히 바람이 불 때까지 기다려야 합니다. 전자는 부자의 모든 독립성을 가지고 있습니다. 후자, 가난한 사람의 모든 obsequousness. 유추를 한 단계 더 진행하면 위대한 자본가, 즉 고귀한 지위를 얻은 사람이 많은 에너지를 처분할 수 있기 때문에 존경받는다는 것을 알게 될 것입니다. 그리고 그가 귀족이건 군주이건 지휘관이건 간에 그는 다른 사람의 서비스를 이용할 수 있게 하는 무언가를 가질 때에만 힘이 있다는 것입니다. 부자가 그를 위해 일하는 노동자에게 돈을 줄 때 그는 진실하다.[27페이지] 마치 방앗간꾼이 그 수단으로 어떤 일을 하기 위해 물의 머리 부분을 밖으로 내보내는 것처럼 위치 에너지의 많은 부분을 실제 에너지로 변환합니다.

가시 에너지의 변환. - 1킬로그램이 위로 쏘아 올렸다.

38. 따라서 우리는 살아있는 에너지뿐만 아니라 안식의 에너지, 움직임뿐만 아니라 위치의 에너지가 있음을 보여주려고 노력했습니다. 이제 수직으로 위쪽으로 쏘아진 무게의 에너지에서 일어나는 변화를 추적해 보겠습니다. 그것은 일정량의 운동 에너지로 시작하지만, 상승함에 따라 이것은 위치의 에너지로 점차 바뀌고, 비행의 정점에 도달할 때까지 그 에너지는 전적으로 위치에 기인합니다.

예를 들어, 1초에 19·6미터의 속도로 킬로그램을 수직으로 위쪽으로 투영한다고 가정합니다. 예술 의 공식에 따르면 . 도 28 에 도시된 바와 같이, 실제 속도 때문에 19·6 단위의 에너지를 포함한다.

1초의 끝에서 그것을 조사하면 높이가 14·7미터 올라갔고 이제 9·8의 속도를 가짐을 알 수 있습니다. 우리가 알고 있는 이 속도( Art. 26 )는 4·9에 해당하는 실제 에너지의 양을 나타내는 반면, 도달한 높이는 14·7에 해당하는 위치의 에너지에 해당합니다. 따라서 킬로그램은 이 순간에 19·6의 총 에너지를 가지며, 그 중 14·7 단위는 위치에 기인하고 4·9는 실제 운동에 기인합니다.

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다음에 또 다른 1초가 끝날 때 그것을 조사한다면, 우리는 그것이 막 정지되어 운동 에너지가 0이 된다는 것을 알게 될 것 입니다 . 그럼에도 불구하고 높이 19·6미터를 높이는 데 성공하여 위치 에너지가 19·6이 된다.

따라서 킬로그램이 증가하는 동안 에너지가 사라지는 것이 아니라 한 종류에서 다른 종류로 점진적인 변화가 있을 뿐입니다. 실제 에너지에서 시작하여 점차 위치의 에너지로 변경됩니다. 그러나 상승의 어떤 단계에서 킬로그램의 실제 에너지를 더하면 그 위치로 인해 그 합이 항상 동일하게 유지된다는 것을 알게 될 것입니다.

39. 킬로그램이 하강을 시작할 때 정확히 반대 현상이 발생합니다. 그것은 움직임의 에너지가 무엇이든 간에, 그러나 어느 정도의 위치 에너지를 가지고 아래로 여행을 시작합니다. 떨어질수록 위치 에너지는 작아지고 실제 에너지는 더 커지며 두 값의 합은 계속 일정하게 유지되어 땅을 치려고 할 때까지 위치 에너지가 실제 운동 에너지로 완전히 변경됩니다. , 그리고 그것은 이제 원래 위쪽으로 투영되었을 때 가졌던 속도로, 따라서 에너지로 지면에 접근합니다.

기울어진 비행기.

40. 따라서 우리는 에너지와 관련하여 수직으로 위쪽으로 발사된 킬로그램의 변환을 추적하고 다시 땅으로 떨어지도록 허용했으며 이제[29쪽] 킬로그램을 수직으로 상승시키고 마찰 없이 부드러운 경사면을 사용하여 하강함으로써 우리의 가설을 변경합니다. 실제로 킬로그램이 공이나 롤러 모양이고 평면이 완벽하게 매끄럽다고 상상해보십시오. 이제 역학을 공부하는 모든 학생들은 킬로그램이 평면의 바닥에 도달했을 때의 속도가 비행기를 통해 수직으로 떨어졌을 때의 속도와 동일할 것이라는 사실을 잘 알고 있습니다. 같은 높이이므로 이러한 종류의 부드러운 경사면을 도입하면 에너지와 관련하여 아무것도 얻지도 잃지도 않습니다.

우선, 이득을 얻지 못합니다. 왜냐하면 킬로그램이 경사면의 바닥에 도달했을 때 발사할 때 원래 부여한 것보다 더 큰 속도를 가져야 하는 경우 어떤 일이 일어날지 생각하기 때문입니다. 킬로그램을 수직으로 올렸다가 비행기로 낮추는 것은 분명히 유익한 일입니다. 왜냐하면 원래 소비한 것보다 더 많은 에너지를 되찾을 수 있고 모든 면에서 이득을 볼 수 있기 때문입니다. 실제로 적절한 장치를 사용하여 장치를 영구 운동 기계로 변환하고 무제한으로 에너지를 축적할 수 있지만 이것은 불가능합니다.

반면에 경사면은 거칠고 각이 진 경우가 아니면 킬로그램의 에너지를 빼앗지 않고 바닥에 도달하면 전체 에너지를 회복합니다. 그렇지도 않다[30페이지] 평면의 길이나 모양이 무엇이든, 직선이든, 곡선이든, 나선형이든 상관없이 모든 경우에 평면이 매끄럽고 수직 높이만 같으면 다음을 유발함으로써 동일한 양의 에너지를 얻을 수 있습니다. 킬로그램은 위에서 아래로 떨어집니다.

41. 그러나 에너지가 동일하게 유지되는 동안 하강 시간은 평면의 길이와 모양에 따라 달라집니다. 분명히 1kg은 매우 가파른 평면보다 매우 경사진 평면을 하강하는 데 더 오랜 시간이 걸리기 때문입니다. 사실, 경사면은 급경사면보다 필요한 속도를 생성하는 데 더 오랜 시간이 걸리지만, 일단 킬로그램이 바닥에 도달하면 둘 다 에너지와 관련하여 동일한 결과를 생성할 것입니다.

기계의 기능.

42. 우리 독자들은 이제 에너지가 생성될 수 없으며 우리가 받을 자격이 있는 것보다 더 많이 돌려주도록 Dame Nature를 결코 부추기거나 유인할 수 없다는 것을 인식하기 시작했습니다. 이 기본 원리를 우리 마음에 더욱 강하게 각인시키기 위해 한두 가지 기계적 장치를 자세히 살펴보고 에너지와 관련하여 그것들이 어느 정도인지 살펴보겠습니다.