Точно так же нельзя определить энергию непосредственно, а можно определить лишь её изменение в каком-то определенном процессе.
Всё это звучит немножко сложно и «заумно». Сейчас вы, ребята, убедитесь, что «не так уж волк страшен».
Итак, вы выучили все уроки и выполнили все поручения мамы. Теперь время отдохнуть. Зима. Лучший отдых зимой — катание на санках. Берете санки и идете в сторону ближайшей горки. Поднимаясь на гору, немного устаете. Что ж поделаешь? Известно, что Земля притягивает вас с силой, направленной к центру земного шара. Взбираясь вверх, вы вынуждены совершать какую-то работу по преодолению силы тяжести, зависящую от высоты горки. Но вы с удовольствием пыхтите, восходя на верхушку, ожидая вознаграждения за работу. В самом деле, сев удобно на санки, легко оттолкнувшись, вы мчитесь вниз. И сейчас сила тяжести, то есть та же сила, которая только что заставляла вас пыхтеть, несет вниз по склону горки. Справедливость восторжествовала. Восхождение помогло вам накопить столько потенциальной энергии, что её стало вполне достаточно для нескольких минут приятного спуска, во время которого вы бездельничали.
Там, где нет горок, ребята ухитряются накопить энергию (сами того и не сознавая) иначе. Они сначала разгоняют санки, а затем плашмя ложатся на них, продолжая движение уже без затраты силы.
Но вернемся опять к горке. Уже у её подножья вы обладали некоторой потенциальной энергией, вызванной притяжением Земли; величины этой энергии вы, к сожалению, не знали. Только во время восхождения можете сказать, на сколько она увеличилась: её вы чувствуете как усталость мышц, и, конечно, знаете, что чем выше горка, тем больше совершенная вами работа по восхождению. Я добавлю лишь, что одновременно увеличивается потенциальная энергия вашего тела и санок. При спуске же потенциальная энергия уменьшается, а одновременно совершается работа.
Из сказанного давайте сделаем вывод: работа является изменением энергии, а энергия — самой возможностью совершения работы, величина которой зависит от высоты подъема (в нашем случае от высоты горки).
Во всей нашей истории с санками и восхождением большое значение имеет и трение. Поднимаясь вверх, вы совершаете работу не только по преодолению силы тяжести, но и по преодолению силы трения. При спуске вы получаете работу меньшую, чем затратили. Для каждого из вас, ребята, важно, конечно, удовольствие при спуске с горки, но помнить о работе всё же следует.
Наконец, обратите внимание, что независимо от того, поднимаетесь ли вы на гору напрямик или в обход, по сложному и длинному пути, всегда потенциальная энергия увеличивается на одну и ту же величину.
Итак, мы познакомились с вами с одним видом энергии — потенциальной энергией и её изменением, сопровождающимся совершением или получением работы. Надеюсь, что вам теперь ясна разница между этими двумя понятиями.
На страницах нашего журнала мы расскажем вам и о других видах энергии. Рассматривая, например, тепловую энергию, мы выясним, какова разница между этим понятием и привычным нам всем понятием количества тепла.
А пока постарайтесь ответить на несколько вопросов, не заглядывая в ответ.
1. На что расходуется та часть работы, которая была затрачена на преодоление сил трения при подъеме и спуске?
2. Во что превращается потенциальная энергия тяготения во время спуска с горы, если не учитывать сопротивления воздуха?
(Ответы ищите в журнале.)
Если хорошо, ответь, почему не будет работать описанный ниже «вечный двигатель»?
Вот как он выглядит. Деревянный диск укрепляем на оси. В одной из стенок сосуда вырезаем прямоугольное отверстие (рис. 1
На погруженную в воду половину диска действует по закону Архимеда сила, направленная вверх. В результате действия этой силы диск начнет вращаться с возрастающей скоростью. Так как по закону Архимеда, сила, направленная вверх и выталкивающая тело, действует постоянно, наш диск тоже должен двигаться постоянно. На первый взгляд нам кажется, что удалось осуществить идею «вечного двигателя», который будет совершать полезную работу, не получая энергии извне.
(Ответ читай в следующем номере)
Под этим заголовком мы будем помещать рассказы о различных фокусах, необычность которых заключается в остроумном применении физических законов и явлений. Чудес, как вы знаете, в мире не бывает. Каждый фокус — это или ловкость, или умелое использование законов природы, или обычный обман. Для начала разоблачим один довольно известный фокус.
