Когда вы на уроке физкультуры играете мячом в футбол, то, с точки зрения науки, вы выполняете определенную работу, потому что заставляете мяч двигаться. Чем дальше, выше, быстрее он летит, тем больше сил вы приложили, большую работу выполнили. На мяч действовала ваша нога, поэтому изменилось направление движения и скорость мяча. Вы выполнили работу по перемещению мяча:
- Работа — это изменение состояния тела в результате воздействия на него другого тела.
- Работа зависит от значения затраченной силы. Значение работы зависит от расстояния: чем больше расстояние, тем больше показатель работы.
- Чтобы выполнить работу, необходимо иметь энергию.
- Способность тела выполнять работу называется энергией.
Чтобы забить гвоздь, мы поднимаем молоток, выполняя при этом определенную работу. Молоток запасает механическую энергию наших мышц, которую тратит, падая на гвоздь, чтобы забить его и выполнить работу. Чем большую механическую энергию имеет тело, тем большую работу оно может выполнить.
Механическую энергию, которой обладает тело, поднятое над поверхностью земли, называют потенциальной (от латинского «potential» — возможность). Потенциальную энергию имеют все тела, поднятые над поверхностью земли. И чем выше над поверхностью земли находится тело, тем большее значение имеет его потенциальная энергия.
Любое тело в окружающем мире наделено механической энергией. Человек использует ее для выполнения работы. Например, энергия ветра и течения рек издавна использовалась в быту людей. Чтобы получить из зерна муку, строили ветряные и водяные мельницы. В таких мельницах энергия ветра или воды двигала жернова, то есть направлена на выполнение работы с перемалывания зерна.
Жизнь на нашей планете существует благодаря поступлению солнечной энергии. Она нагревает поверхность Земли, влияет на изменение погоды, необходимая для существования всех живых существ. Люди научились использовать этот вид энергии, сконструировав «солнечные батареи». Их используют на космических кораблях, в карманных калькуляторах. Один из видов энергии человек использует с тех пор, как научилась добывать и поддерживать огонь. Это тепловая энергия. Сжигая древесину или уголь, люди получали тепло для обогрева жилья, приготовления пищи. В двигателях внутреннего сгорания тепловая энергия заставляет детали двигаться, и машина выполняет работу по перемещению.
Современный мир трудно представить без электрической энергии. Ее получают на электростанциях, используя различные машины. Гидроэлектростанции сооружают на реках. Электрическая энергия также используется для выполнения работы. Например, работа миксера, стиральной машины, телевизора возможна только с использованием электрической энергии.
С середины ХХ в. человек начал широко использовать еще один вид энергии — атомную. Этот вид энергии получают в результате расщепления самых маленьких частиц вещества — атомов.
Преобразование энергии
Энергия не появляется из ничего и не исчезает бесследно, а лишь превращается из одного вида в другой.
Рассмотрим, например, как происходит преобразование энергии в ходе торможения машины. Во время движения машина наделена кинетической механической энергией. Когда машина тормозит, колеса уже не вращаются, но машина еще продолжает двигаться некоторое время до полной остановки, оставляя на асфальте полосы от шин. Кинетическая энергия движения частично превращается в внутреннюю тепловую энергию (шины нагреваются при торможении) и на потенциальную энергию, потому что машина может продолжать движение. О выполнении работы свидетельствует перемещения машины.
Можно утверждать что превращения одного вида энергии в другой есть работа. Один вид энергии может переходить в другой, но сама энергия никогда не исчезает.
Примером преобразования потенциальной энергии в кинетическую могут быть механические часы, в котором потенциальная энергия пружины переходит в кинетическую энергию деталей, которые она заставляет двигаться.
Подобные превращения происходят и с другими видами энергии.
Течение рек обладает кинетической энергией, которую человек уже давно научился использовать. В наше время гидроэлектростанции превращают эту энергию в электрическую. Чтобы увеличить кинетическую энергию течения, нужно, чтобы вода стекала с большей высоты, поэтому перед станцией строят плотину. Падая на лопасти машин, вода передает им свою механическую энергию. А уж эти сложные устройства превращают механическую энергию в электрическую.
Работа тепловых электростанций основывается на преобразовании тепловой энергии в электрическую. Горение природного топлива (угля, газа, нефти) нагревает воду, которая превращается в пар. Как известно, пар расширяется и таким образом заставляет работать сложное оборудование, производит электрическую энергию.
На атомных станциях в электрическую превращается атомная энергия. Солнечные батареи превращают солнечную энергию в электрическую.
Приведенные примеры позволяют сделать вывод, что различные виды энергии могут превращаться в электрическую энергию.
Энергия необходима для работы любой машины. Потребность машин в энергии удовлетворяется преимущественно за счет сгорания горючего — бензина, газа. По количеству использования тепловой энергии горения топлива в машинах первое место занимает автомобильный транспорт. Двигатели внутреннего сгорания превращают тепловую энергию в механическую. При сгорании топлива внутри двигателя нагревается воздух. Как известно, воздух при нагревании расширяется и приводит детали двигателя в действие. Итак, в машинах вещества, сгорают, выделяют тепловую энергию, которую двигатели превращают в механическую энергию, обеспечивает движение.