Добрый день!
Многие заметили, что прошлый месяц почти полностью был посвящён математике. Сколько же можно? В самом деле, раз уж первого апреля все желающие отметили день математика, то пора сделать перерыв. Поэтому в предыдущей заметке мы плавно перешли от математики к образованию вообще. А сейчас можем двинуться в любую сторону :)
Например, можно повернуться лицом физике. Наверняка многие со школы помнят о потенциальной энергии:
- поднимая камень вверх, мы запасаем его энергией, а уронив его, высвобождаем накопленную энергию (если уронили на палец, то открывается ещё один мощный источник энергии, судя по громкости восклицаний, но сейчас речь не о нём).
- заводя часы, мы запасаем в пружине потенциальную энергию, которая потом постепенно будет израсходована на перемещение стрелок и «тикание», пока пружина не вернётся в «расслабленное» состояние.
Давайте теперь представим себе два одинаковых аквариума, пару одинаковых пружин и ёмкость с кислотой, способной растворить материал пружин (но не аквариумов). Одну пружину вставим в аквариум вертикально (в «расслабленном» состоянии), а вторую сожмём, чтобы засунуть горизонтально. На сжимание пружины мы потратили энергию - теперь она запасена в пружине. Часть этой энергии можно получить обратно, если доверить пружине совершить работу (сдвинуть какой-то объект, например). То есть, можно считать, что во втором аквариуме с пружиной запасено больше потенциальной энергии, чем в первом.
А теперь заполним оба аквариума кислотой. Через некоторое время мы получим два аквариума с совершенно одинаковыми жидкостями. Возникает резонный вопрос: а куда же делась энергия, которую мы потратили на сжимание второй пружины? Сейчас пружины нет, но энергия же не может исчезнуть «просто так».
Полагаю, скоро в комментариях появятся верные объяснения, поэтому я не советую их сразу читать тем, кто не знал эту задачку. А к остальным у меня следующий вопрос: какие физические задачи у вас ассоциируются с этой? О каких каверзных вопросах вы сразу вспомнили, как только прочитали заметку?
Хорошего дня!
7 апр. 2010 г.
Сохранение энергии
Подписаться на:
Комментарии к сообщению (Atom)
Понравилась заметка? Подпишитесь на
RSS-feed или email-рассылку.
Хотите поделиться ссылкой с другими? Добавьте в закладки:
Есть вопросы или предложения? Пишите письма на адрес mytribune АТ yandex.ru.
С уважением,
Илья Весенний
RSS-feed или email-рассылку.Хотите поделиться ссылкой с другими? Добавьте в закладки:
Есть вопросы или предложения? Пишите письма на адрес mytribune АТ yandex.ru.
С уважением,
Илья Весенний
Разные температуры у жидкостей будут.
ОтветитьУдалитьМожет, в какой-то момент из-за неравномерности растворения материала пружины она сломается, распрямляясь - и запасённая энергия уйдёт именно на эту работу?
ОтветитьУдалитьВ нагрев, который произойдёт засчёт более сильного разлетания частиц растворяемой пружины.
ОтветитьУдалитьПианино затащили на гору и сожгли. А куда же делась его потенциальная энергия?
ОтветитьУдалитьbonesdmz, это отличное логическое продолжение задачки о пружине! Спасибо :)
ОтветитьУдалитьПружина лопнет и запасённая энергия израсходуется на перемешивание кислоты. Правда не вся. К тому моменту пружина станет тоньше и энергии в ней останется меньше. Куда же пропадает энергия в процессе истончения пружины?
ОтветитьУдалитьЕсли я правильно помню, потенциальная энергия, это энергия в каком либо поле. При подъёме в поле действия силы тяжести - потенциальная энергия поднятого тела. При сжатии пружины - что-то аналогичное внутри пружины. При уничтожении пружины - поле "исчезает", вместе с энергией.
ОтветитьУдалитьЕсли поднять камень на 1м над землёй, а потом - убрать землю. ;)
Растворение сжатой пружины будет дольше и выделение теплоты будет занимать больше времени. Потенциальная энергия перейдет в тепловую.
ОтветитьУдалитьС пианино все просто - у продуктов горения будет большая потенциальная энергия, чем если бы сожгли внизу.
ОтветитьУдалитьхм, ну, поскольку пружина не растворяется моментально и равномерно, то по мере растворения она будет выпрямляться, тем самым освобождая запасённую энергию
ОтветитьУдалитьЧасть её рассеется в виде тепла, также, возможно, скорость реаакции будет разная в разных аквариумах.
ОтветитьУдалить>То есть, можно считать, что во втором аквариуме с пружиной запасено больше потенциальной энергии, чем в первом.
ОтветитьУдалитьОбман вот тут. Потенциальной энергии как таковой не существует, ее нельзя к примеру измерить-в случае с падающим камнем ее величина зависит от уровня условного нуля потенциальной энергии. Потенциальную энергию вводят для соблюдения законов сохранения и внутренней красоты теории.
В данном случае в системе пружина-аквариум "запасенная потенциальная энергия" не может перейти в кинетическую или какую-то другую. Что делает сам разговор о потенциальной энергии бессмысленным.
пружина не разъесться постепенно, она треснет только в одном определенном месте сначала, после чего обе части распрямятся, передав свою энергию жидкости, и затем упадут на дно и уже после этого спокойненько растворятся.
ОтветитьУдалитьПомню со школы 2 забавных задачи:
1. Почему в снег радиосигнал передается лучше?
2. Что будет со стрелкой весов, если стоя на них сначала резко сесть, а потом резко встать. (легкая)
:) Жду ваших ответов
Забыл добавить, задачи по физике интереснее, чем по математике (имхо конечно).
ОтветитьУдалитьGeorge,
ОтветитьУдалитьТ.к. не указана степень качественности производства пружины, то считаем толщину проволоки неизменной по всей длине. :)
2George
ОтветитьУдалить>пружина не разъесться постепенно
Это уже ваше доп. условие. Кроме того, у истончившейся пружины энергия уже не та, что была у целой.
Ответ - нагреется. Больше просто некуда.
Сжатая пружина будет растворяться медленее и при этом выделится больше тепловой энергии.
ОтветитьУдалитьВ любом случае пружина не растворится равномерно, согласны? В определенный момент, когда она будет уже достаточно тонкой, силы сжатия хватит для того, чтобы сломать металл.
ОтветитьУдалитьЭнергия - это вообше, по ходу дела, штука расплывчатая. Чего стоит только тот факт, что любое тело только за счёт факта своего существования обладает чудовищной энергией, равной его массе на квадрат скорости света.
ОтветитьУдалитьДаже если не предполагать, что пружина поломается, легко объяснить, что ее потенциальная энергия перейдет в тепло.
ОтветитьУдалитьКогда мы говорим, что у сжатой пружины есть потенциальная энергия, это означает, что (немного) изменились межатомные расстояния, и энергия отдельных атомов в среднем оказывается выше. При растворении она переходит в дополнительную кинетическую энергию ионов, то есть в тепло.
если представить сам металл пружины как некую сетку из шариков (ядер) и маленьких пружинок (электронных связей) то понятно, почему должна повышаться температура: В ненапряженном состоянии при разрушении одной пружинки (кислота разрушила электронную связь) во всем полотне начинается колебательные процессы. Если же материал находится в напряженном состоянии (все пружинки сильно сжаты или растянуты), то разрушение той же самой одной пружинки влечет за собой более энергичные колебания. А интенсивность колебаний наших шариков- это и есть температура.
ОтветитьУдалить"Как однажды заметил Норберт Винер, человеческий мозг работает по "принципу", сформулированному Льюисом Кэрроллом в его бессмертной книге: "Все, что сказано три раза, становится истиной". Повторение - лучшее средство убеждения." Роберт Уилсон
ОтветитьУдалитьв тепло, в тепло, в тепло, ... неужили в тепло?:-)
Одна из пружин будет дольше растворятся.
ОтветитьУдалитьПрочитал условие, сразу вспомнил кота Шредингера.
ОтветитьУдалитьУсугубляя пример с пианино: на гору подняли два шара одинаковой массы, деревянный и металический и оба положили в костер.
Википедия говорит, что закон сохранения энергии работает в изолированной системе (которая не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией). Описанная система не является изолированной.
Какая разница, изолированная система или нет, раздвиньте границы системы до всей вселенной- она опять станет изолированной.
ОтветитьУдалитьПохоже энергия просто перешла из одного вида в другую. Из потенциальной в химическую.
ОтветитьУдалитьИз потенциальной в химическую это сильно)
ОтветитьУдалитьПерейдёт в тепло.
ОтветитьУдалитьА из любимых моих физических задачек - Что произойдёт с каплей жидкости помещённой в стеклянную банку в невесомсти.
Доказать вряд ли смогу, да и эксперимент потребуется пипец какой точный, но подозреваю, что после сжатой пружины раствор будет чуточку теплее.
ОтветитьУдалитьПри растворении энергия внутренних напряжений будет переходить в тепло потому что.
ОтветитьУдалитьРазница будет вот какая. Сжатая пружина растворится в кислоте быстрее несжатой. Кристаллическая решётка сжатой пружины находится в напряжении (менее стабильна - это как раз из-за потенциальной энергии) => для нарушения структуры такой пружины нужно затратить меньше энергии => и химическая реакция пойдёт легче и быстрее.
ОтветитьУдалитьНа мой взгляд, Vandal прав. Присоединяюсь к изложенному им мнению.
ОтветитьУдалитьКуда делась энергия - понятно, в тепло. Больше некуда. Но интересен механизм.
ОтветитьУдалитьУпростим пружинку - пусть она будет одномерной, цепочка атомов, сжатая. И еще для начала рассмотрим не сжатую, а растянутую. В растянутой энергия тоже запасена.
И теперь эта цепочка растворилась. Куда же ушла энергия? А растворение - это что такое? Разрыв межатомных связей. Может и создание новых, но сначала разрыв.
На разрыв откуда берется энергия? Из движения молекул жидкости, тепловая. Если межатомное расстояние в пружинке уже увеличено - тепла надо меньше. То есть при растворении жидкость меньше остынет.
Теперь когда пружинка не растянута, а сжата: атомы при растворении удаляются друг от друга, сначала (при движении к равновесному расстоянию) энергия перейдет в кинетическую энергию атомов, потом эта энергия уйдет на удаление атомов друг от друга, и потом тепловая энергия жидкости довершит разрыв. Тепловой энегрии на растворение опять понадобится меньше.
Про стенки аквариума забыли?
ОтветитьУдалитьВедь именно они позволяют сохранять энергию сжатой пружины. К тому же они сами обладают энергией. Т.е. в пружине и в стенках действуют силы упругости, в сумме уравновешивающие друг-друга в замкнутой системе. Итого - исчезнет деформация пружины - исчезнет деформация сосуда.
Про температуру не согласен.
интересная идея у Анонимного. И правильная. Но, ИМХО, можно легко избавица от этого возражения, сжав пружину так, чтобы она не касалась стенок аквариума, например, стянув ее растворимой же проволокой.
ОтветитьУдалить2Alexey
ОтветитьУдалить>На разрыв откуда берется энергия? Из движения молекул жидкости, тепловая.
Нет. Растворение может быть и эндо, и экзотермическим.
Сближение-удаление атомов это вообще детский сад.
> Нет. Растворение может быть и эндо, и экзотермическим.
ОтветитьУдалитьРастворение как процесс целиком - может быть каким угодно. Но на разрыв кристаллической решетки тепловая энергия тратится. То, что она потом выделяется, например при гидратации - это другая составляющая, не имеющая к задаче отношения. Странно что приходится разжевывать такие простые вещи.
> Сближение-удаление атомов это вообще детский сад.
Ну и расскажите нам, что там проходят про межатомные связи в школе, чего нам в детском саду не рассказали? И заодно свое, не детсадовское, решение задачи, принципиально отличающееся от рассмотренной простой модели.
Потенциальная энергия сжатой пружины идет на преодоление силы действующей на нее со стороны стенок сосуда. Так как стенки сосуда не ломаются под действием пружины, значит система пружина-сосуд находится в равновесии и эти силы взаимно уравновешивают друг друга. Можно сказать что потенциальная энергия пружины ушла на деформацию стенок сосуда.
ОтветитьУдалитьУважаемый аноним, мы исходим из того, что аквариум бесконечно прочный, поэтому на его деформацию энергия пружины не расходовалась.
ОтветитьУдалитьОтвет в студию! :)
ОтветитьУдалитьЕсли у нас сосуд изначально был деформирован, а потом вдруг эта деформация исчезла, то это значит, что имеется еще одна пружина, энергия которой куда-то исчезла. Т.е. к вопросу о первой пружине добавляется вопрос, куда делась энергия деформации стенок сосуда?
ОтветитьУдалитьGeorge, всему своё время.
ОтветитьУдалитьУважаемый аноним, можно исходить из того, что сосуд столь прочный, что не деформируется из-за каких-то маленьких пружинок. Поэтому пружины не осуществляют работ по деформации стенок сосуда - т.е. не тратят на это свою энергию.
Если под воздействием пружины стенки сосуда изогнулись, значит они теперь тоже получили и запсили потенциальную энергию.
ОтветитьУдалитьТак как система уровнавешена - пружина давит на стенки, стенки давят на пружину - оба взаимодействующих тела имеют потенциальную энергию.
Вот такую задачку вспомнил. Комната, стоит выключенный холодильник с открытой дверцей. Приходит человек, включает его в сеть, уходит (не закрывая). Вопрос: как изменится температура воздуха в комнате?
ОтветитьУдалить"Вот такую задачку вспомнил. Комната, стоит выключенный холодильник с открытой дверцей. Приходит человек, включает его в сеть, уходит (не закрывая). Вопрос: как изменится температура воздуха в комнате?"
ОтветитьУдалитьТак ответ очевиден - увеличится.
[b]ZW[/b] Это всё из-за того, что в заголовке заметки присутствует способ решения задачи. При других обстоятельствах была бы посложнее. Но сложно спорить с тем, что не олимпиадного уровня вопрос ;)
ОтветитьУдалитьВот ещё похожая задача. Есть два одинаковых конденсатора. Один заряжаем, при этом, естественно, закачиваем в него некоторую энергию. Потом конденсаторы соединяем параллельно. Несложно показать, что в этот момент энергия уменьшается вдвое. Вопрос: куда девается энергия?
ОтветитьУдалитьвсё вспомнили? а как на счет разницы в высоте расположения центра масс до растворения и после него? :)
ОтветитьУдалитьКстати автору предложение публиковать свои варианты ответов отдельным постом, так легче их не пропустить.
Уважаемый аноним, долго я ждал этого комментария!
ОтветитьУдалитьТеперь можно и отдельную заметку с разбором делать :)
Приглашаю всех интересующихся продолжить обсуждение в комментариях к заметке с разбором этой задачки.
ОтветитьУдалитьпроизошел переход потенциальной энергии в тепловую
ОтветитьУдалитьСколько мнений =) Начитала много интересного. Спасибо :)
ОтветитьУдалитьнет пружины нет энергии.
ОтветитьУдалить