Penjimatan dan transformasi tenaga
Konsep penjimatan tenaga
Undang-undang asas yang telah diperhatikan untuk berlaku untuk semua fenomena alam memerlukan penjimatan tenaga - iaitu, bahawa jumlah tenaga tidak berubah dalam semua perubahan yang terjadi di alam. Penjimatan tenaga bukanlah gambaran mengenai proses yang berlaku di alam, melainkan merupakan pernyataan bahawa kuantiti yang dipanggil tenaga tetap berterusan tanpa mengira kapan ia dinilai atau proses apa — mungkin termasuk transformasi tenaga dari satu bentuk ke bentuk yang lain— teruskan antara penilaian berturut-turut.
Hukum pemuliharaan tenaga diterapkan tidak hanya pada alam secara keseluruhan tetapi juga pada sistem tertutup atau terpencil di dalam alam. Oleh itu, jika batasan sistem dapat ditentukan sedemikian rupa sehingga tidak ada tenaga yang ditambahkan atau dikeluarkan dari sistem, maka tenaga harus dijimatkan di dalam sistem itu tanpa mengira perincian proses yang berlaku di dalam sempadan sistem. Akibat dari pernyataan sistem tertutup ini adalah bahawa setiap kali tenaga sistem seperti yang ditentukan dalam dua penilaian berturut-turut tidak sama, perbezaannya adalah ukuran kuantiti tenaga yang telah ditambahkan atau dikeluarkan dari sistem di selang masa yang berlalu antara kedua-dua penilaian.
Tenaga boleh wujud dalam banyak bentuk dalam sistem dan boleh ditukar dari satu bentuk ke bentuk lain dalam batasan undang-undang pemuliharaan. Bentuk-bentuk yang berbeza ini merangkumi tenaga graviti, kinetik, termal, elastik, elektrik, kimia, berseri, nuklear, dan jisim. Ini adalah penerapan universal konsep tenaga, serta kelengkapan undang-undang pemuliharaannya dalam bentuk yang berbeda, yang menjadikannya sangat menarik dan berguna.
Transformasi tenaga
Sistem yang ideal
Contoh ringkas sistem di mana tenaga ditukarkan dari satu bentuk ke bentuk lain diberikan dalam melemparkan bola dengan massa m ke udara. Apabila bola dilemparkan secara menegak dari tanah, kelajuannya dan dengan itu tenaga kinetiknya menurun dengan stabil sehingga berhenti sejenak pada titik tertinggi. Ia kemudian membalikkan dirinya, dan kelajuan dan tenaga kinetiknya meningkat dengan stabil ketika kembali ke tanah. Kinetik tenaga E k bola pada ketika ia meninggalkan tanah (titik 1) adalah separuh produk jisim dan kuasa dua halaju, atau 1 / 2 mv 1 2, dan menurun secara berterusan kepada sifar pada titik tertinggi (titik 2). Ketika bola naik di udara, ia memperoleh tenaga berpotensi graviti E p. Potensi dalam pengertian ini tidak bermaksud bahawa tenaga itu tidak nyata melainkan ia disimpan dalam bentuk pendam dan dapat digunakan untuk melakukan pekerjaan. Tenaga berpotensi graviti adalah tenaga yang disimpan dalam badan berdasarkan kedudukannya di medan graviti. Tenaga berpotensi graviti jisim m diperhatikan diberikan oleh produk jisim, ketinggian h dicapai relatif terhadap beberapa ketinggian rujukan, dan percepatan g badan yang dihasilkan dari tarikan graviti Bumi padanya, atau mgh. Seketika bola meninggalkan tanah pada ketinggian h 1 tenaga potensinya E p1 adalah mgh 1. Pada titik tertinggi, tenaga potensinya E p2 adalah mgh 2. Mengaplikasikan undang-undang pemuliharaan tenaga dan dengan anggapan tidak ada geseran di udara, ini membentuk persamaan berikut:
Dalam contoh ideal ini, tenaga kinetik bola di permukaan tanah ditukar menjadi kerja menaikkan bola menjadi h 2 di mana tenaga berpotensi gravitianya telah meningkat sebanyak mg (h 2 - h 1). Sebagai bola jatuh kembali ke tahap tanah h 1, tenaga keupayaan graviti ini kembali ditukar kepada tenaga kinetik dan tenaga jumlah pada h 1 lagi adalah 1 / 2 mv 1 2 + mgh 1. Dalam rangkaian peristiwa ini, tenaga kinetik bola tidak berubah pada h 1; oleh itu kerja yang dilakukan pada bola oleh gaya graviti yang bertindak padanya dalam kitaran peristiwa ini adalah sifar. Sistem ini dikatakan sistem konservatif.
