Parce que la physique est l'étude de la façon dont la matière et le flux d'énergie, la loi de la conservation de l'énergie est une idée clé pour expliquer tout ce qu'un physicien étudie, et la façon dont il étudie.
La physique ne consiste pas à mémoriser des unités ou des équations, mais à définir un cadre qui régit le comportement de toutes les particules, même si les similitudes ne sont pas évidentes d'un coup d'œil.
La première loi de la thermodynamique est une reformulation de cette loi de conservation de l'énergie en termes d'énergie thermique: l'énergie interne d'un système doit être égale au total de tous les travaux effectués sur le système, plus ou moins la chaleur qui circule dans ou hors du système.
Un autre principe de conservation bien connu en physique est la loi de la conservation de la masse; comme vous le découvrirez, ces deux lois de conservation - et vous en découvrirez également deux autres ici - sont plus étroitement liées que ne le semblent les yeux (ou le cerveau).
Les lois du mouvement de Newton
Toute étude des principes physiques universels devrait être appuyée par un examen des trois lois fondamentales du mouvement, mises en forme par Isaac Newton il y a des centaines d'années. Ce sont:
Les lois de la conservation en physique ne s'appliquent à la perfection mathématique que dans des systèmes vraiment isolés. Dans la vie quotidienne, de tels scénarios sont rares. Quatre quantités conservées sont masse La masse est juste la quantité de matière de quelque chose, et lorsqu'elle est multipliée par l'accélération locale due à la gravité, le résultat est le poids. La masse ne peut pas plus être détruite ou créée à partir de zéro que l'énergie. L'élan est le produit de la masse d'un objet et de sa vitesse (m · v). Dans un système de deux ou plusieurs particules en collision, la quantité de mouvement totale du système (la somme des impulsions individuelles des objets) ne change jamais tant qu'il n'y a pas de pertes par friction ou d'interactions avec des corps externes. Le moment angulaire (L) est juste le moment autour d'un axe d'un objet en rotation, et est égal à m · v · r, où r est la distance de l'objet à l'axe de rotation. L'énergie apparaît dans de nombreuses formes, certaines plus utiles que d'autres. La chaleur, la forme sous laquelle toute énergie est finalement destinée à exister, est la moins utile pour la mettre à profit et est généralement un produit. La loi de conservation de l'énergie peut s'écrire : KE + PE + IE \u003d E où KE \u003d énergie cinétique \u003d (1/2) mv 2, PE \u003d énergie potentielle (égale à mgh lorsque la gravité est la seule la force agissant, mais vue sous d'autres formes), IE \u003d énergie interne et E \u003d énergie totale \u003d une constante. Toute l'énergie de l'univers est née du Big Bang, et cette quantité totale d'énergie ne peut pas changer. Au lieu de cela, nous observons continuellement des formes de changement d'énergie, de l'énergie cinétique (énergie du mouvement) à l'énergie thermique, de l'énergie chimique à l'énergie électrique, de l'énergie potentielle gravitationnelle à l'énergie mécanique, etc. La chaleur est un type spécial d'énergie ( énergie thermique Cela signifie qu'une fois une partie de l'énergie de un système est transformé en chaleur, il ne peut pas être aussi facilement retourné à une forme plus utile sans l'apport de travail supplémentaire, ce qui prend de l'énergie supplémentaire. La quantité féroce d'énergie rayonnante que le soleil émet chaque seconde et peut la récupération ou la réutilisation en aucune façon n'est un témoignage permanent de cette réalité, qui se déroule continuellement dans toute la galaxie et l'univers dans son ensemble. Une partie de cette énergie est "capturée" dans les processus biologiques sur Terre, y compris la photosynthèse dans les plantes, qui fabriquent leur propre nourriture et fournissent de la nourriture (énergie) aux animaux et aux bactéries, etc. Il peut également être capturé par des produits de l'ingénierie humaine, tels que les cellules solaires. Les étudiants en physique du secondaire utilisent généralement des camemberts ou des graphiques à barres pour montrer l'énergie totale du système à l'étude et pour suivre ses changements. Parce que la quantité totale d'énergie dans la tarte (ou la somme des hauteurs des barres) ne peut pas changer, la différence entre les tranches ou les catégories de barres montre la quantité d'énergie totale à un point donné est une forme d'énergie ou une autre. Dans un scénario, différents graphiques peuvent être affichés à différents points pour suivre ces changements. Par exemple, notez que la quantité d'énergie thermique augmente presque toujours, ce qui représente des déchets dans la plupart des cas. Par exemple, si vous lancez une balle à un angle de 45 degrés, au départ, toute son énergie est cinétique (car h \u003d 0), puis au point où la balle atteint son point le plus élevé, son énergie potentielle en tant que part de l'énergie totale est la plus élevée. Tant qu'elle monte et qu'elle tombe par la suite, une partie de son l'énergie est transformée en chaleur en raison des forces de friction de l'air, donc KE + PE ne reste pas constant tout au long de ce scénario, mais diminue à la place tandis que l'énergie totale E reste constante. (Insérez quelques exemples de diagrammes avec graphiques circulaires /à barres qui suivent les changements d'énergie Si vous tenez une boule de bowling de 1,5 kg depuis un toit à 100 m (environ 30 étages) au-dessus du sol, vous pouvez calculer son énergie potentielle étant donné que la valeur de g \u003d 9,8 m /s 2 et PE \u003d mgh: (1,5 kg) (100 m) (9,8 m /s 2) \u003d 1,470 Joule s (J) Si vous relâchez la balle, son énergie cinétique nulle augmente de plus en plus rapidement à mesure que la balle tombe et accélère. Au moment où il atteint le sol, KE doit être égal à la valeur de PE au début du problème, soit 1 470 J. À ce moment, KE \u003d 1 470 \u003d (1/2) mv 2 \u003d (1/2) (1,5 kg) v 2 En supposant qu'aucune perte d'énergie due au frottement, la conservation de l'énergie mécanique vous permet de calculer v Les étudiants en physique pourraient être déroutés par la célèbre équation masse-énergie (E \u003d mc 2), se demandant si elle défie la loi de la conservation d'énergie (ou conservation de la masse), car cela implique que la masse peut être convertie en énergie et vice versa. Elle ne viole en fait aucune des deux lois car elle démontre que la masse et l'énergie sont en fait des formes différentes de la même chose. C'est un peu comme les mesurer dans différentes unités étant donné les différentes exigences des situations de mécanique classique et quantique. Dans la mort thermique de l'univers, selon la troisième loi de la thermodynamique, toute la matière aura été convertie en thermique énergie. Une fois cette conversion d'énergie terminée, plus aucune transformation ne peut se produire, du moins pas sans un autre événement singulier hypothétique tel que le Big Bang. Une "machine à mouvement perpétuel" (par exemple, un pendule qui oscille avec le même timing et balaie sans jamais ralentir) sur Terre est impossible en raison de la résistance de l'air et des pertes d'énergie associées. Pour maintenir le gizmo en marche, il faudrait à un moment donné un apport de travail externe, ce qui irait à l'encontre du but recherché.
, énergie
, momentum
et moment angulaire
. Les trois derniers d'entre eux relèvent de la mécanique.
Transformations énergétiques et formes d'énergie
Exemples de transfert d'énergie
) en ce que, comme indiqué, elle est moins utile aux humains que les autres formes.
Suivi des économies d'énergie
Cinématique Exemple: Chute libre
, ce qui s'avère à 44,3 m /s.
Qu'en est-il d'Einstein?
La machine à mouvement perpétuel?
