Como a física é o estudo de como a matéria e a energia fluem, a lei de conservação de energia é uma idéia essencial para explicar tudo o que um físico estuda e a maneira pela qual ele ou ela estuda.
Física não trata de memorizar unidades ou equações, mas de uma estrutura que governa como todas as partículas se comportam, mesmo que as semelhanças não sejam evidentes à primeira vista.
A primeira lei da termodinâmica é uma reafirmação dessa lei de conservação de energia em termos de energia térmica: A energia interna de um sistema deve ser igual ao total de todo o trabalho realizado no sistema, mais ou menos o calor que flui ou fora do sistema.
Outro princípio bem conhecido de conservação em física é a lei da conservação de massa; como você descobrirá, essas duas leis de conservação - e também serão apresentadas a outras duas aqui - estão mais intimamente relacionadas do que aparenta (ou o cérebro).
Leis do movimento de Newton
Qualquer estudo dos princípios físicos universais deve ser apoiado por uma revisão das três leis básicas do movimento, moldadas por Isaac Newton centenas de anos atrás. São elas:
As leis de conservação em física aplicam-se à perfeição matemática em apenas sistemas verdadeiramente isolados. Na vida cotidiana, esses cenários são raros. Quatro quantidades conservadas são massa Momento angular (L) é apenas o momento em torno de um eixo de um objeto em rotação e é igual a m · v · r, em que r é a distância do objeto ao eixo de rotação. A energia aparece em muitas formas, algumas mais úteis que outras. O calor, a forma na qual toda a energia é destinada a existir, é o menos útil em termos de trabalho útil e geralmente é um produto. A lei da conservação de energia pode estar escrita : KE + PE + IE \u003d E onde KE \u003d energia cinética \u003d (1/2) mv 2, PE \u003d energia potencial (igual a mgh quando a gravidade é a única força atuante, mas vista de outras formas), IE \u003d energia interna e E \u003d energia total \u003d uma constante. Toda a energia do universo surgiu do Big Bang, e essa quantidade total de energia não pode mudar. Em vez disso, observamos formas de mudança de energia continuamente, de energia cinética (energia do movimento) para energia térmica, de energia química para energia elétrica, de energia potencial gravitacional para energia mecânica e assim por diante. O calor é um tipo especial de energia ( energia térmica Isso significa que uma vez parte da energia de um sistema é transformado em calor, não pode ser facilmente retornado a uma forma mais útil sem a necessidade de trabalho adicional, que consome energia adicional. A quantidade feroz de energia radiante que o sol libera a cada segundo e pode nunca, de forma alguma, recuperar ou reutilizar é um testemunho permanente dessa realidade, que se desdobra continuamente em toda a galáxia e no universo como um todo. Parte dessa energia é "capturada" nos processos biológicos da Terra, incluindo a fotossíntese nas plantas, que produzem seu próprio alimento, além de fornecer alimento (energia) para animais e bactérias, e assim por diante. Ele também pode sejam capturados por produtos de engenharia humana, como células solares. Os estudantes do ensino médio geralmente usam gráficos de pizza ou gráficos de barras para mostrar a energia total do sistema em estudo e rastrear suas alterações. Como a quantidade total de energia na torta (ou a soma das alturas das barras) não pode mudar, a diferença nas fatias ou nas categorias de barra demonstra quanto da energia total em um determinado ponto é uma forma de energia ou outra. Em um cenário, gráficos diferentes podem ser mostrados em pontos diferentes para rastrear essas alterações. Por exemplo, observe que a quantidade de energia térmica quase sempre aumenta, representando desperdício na maioria dos casos. Por exemplo, se você joga uma bola em um ângulo de 45 graus, inicialmente toda a sua energia é cinética (porque h \u003d 0) e, então, no ponto em que a bola atinge seu ponto mais alto, sua energia potencial como parcela da energia total é mais alta. Tanto quando ela sobe como quando subsequentemente cai, algumas de suas a energia é transformada em calor como resultado de forças de atrito do ar, portanto KE + PE não permanece constante durante todo esse cenário, mas diminui enquanto a energia total E ainda permanece constante. (Insira alguns exemplos de diagramas com gráficos de pizza /barras rastreando mudanças de energia Se você segurar uma bola de boliche de 1,5 kg de um telhado a 100 m (cerca de 30 andares) acima do solo, poderá calcular sua energia potencial dado que o valor de g \u003d 9,8 m /s 2 e PE \u003d mgh: (1,5 kg) (100 m) (9,8 m /s 2) \u003d 1.470 Joule s (J) Se você soltar a bola, sua energia cinética zero aumenta mais e mais rapidamente à medida que a bola cai e acelera. No momento em que atinge o solo, KE deve ser igual ao valor de PE no início do problema, ou 1.470 J. Nesse momento, KE \u003d 1.470 \u003d (1/2) mv 2 \u003d (1/2) (1,5 kg) v 2 Assumindo que não há perda de energia devido ao atrito, a conservação de energia mecânica permite calcular v Os estudantes de física podem ficar confusos com a famosa equação de energia de massa (E \u003d mc 2), imaginando se isso desafia a lei da conservação. de energia (ou conservação de massa), uma vez que implica que a massa pode ser convertida em energia e vice-versa. Na verdade, não viola nenhuma das leis porque demonstra que massa e energia são na verdade diferentes formas da mesma coisa. É como medi-los em diferentes unidades, dadas as diferentes demandas de situações da mecânica clássica e quântica. Na morte por calor do universo, pela terceira lei da termodinâmica, toda a matéria será convertida em térmica. energia. Depois que essa conversão de energia estiver concluída, não haverá mais transformações, pelo menos não sem outro evento hipotético singular como o Big Bang. Uma "máquina de movimento perpétuo" (por exemplo, um pêndulo que oscila com o mesmo tempo e varre sem desacelerar) na Terra é impossível por causa da resistência do ar e das perdas de energia associadas. Para manter o aparelho funcionando, seria necessário uma entrada de trabalho externo em algum momento, derrotando assim o objetivo.
, energia
, momento
e momento angular
. Os três últimos estão sob a alçada da mecânica.
Massa é apenas a quantidade de matéria de alguma coisa e, quando multiplicada pela aceleração local devido à gravidade, o resultado é o peso. A massa não pode mais ser destruída ou criada a partir do zero do que a energia.
Momento é o produto da massa de um objeto e de sua velocidade (m · v). Em um sistema de duas ou mais partículas em colisão, o total do momento do sistema (a soma do momento individual dos objetos) nunca muda, desde que não haja perdas por atrito ou interações com corpos externos.
Transformações e formas de energia
Exemplos de transferência de energia
), pois, como observado, é menos útil para os seres humanos do que outras formas.
Rastreando a conservação de energia
Exemplo de Cinemática: Queda Livre
, o que resulta 44,3 m /s.
Einstein?
A máquina de movimento perpétuo?
