“Nimic nu se creează, nimic nu se pierde, totul se transformă”

Cuvintele aparţin lui Antoine Laurent de Lavoisier (1743-1794) şi se aplică în cazul conservării energiei.

Cuvântul “ energie” provine de la cuvântul grecesc “ energheia”, care înseamnă activitate. Deci, când vorbim despre energie, ne gândim la o activitate, un efort, care presupune efectuare de lucru mecanic. Aţi auzit de foarte multe ori expresia   ” nu dispun de energie să fac urmatoarea muncă”. În concluzie, Energia este o mărime fizică ce caracterizează un sistem fizic, capabil să efectueze lucru mecanic.

De ce o monedă care cade de la etajul 10 al unei clădiri, poate provoca rănirea omului pe care-l loveşte, comparativ cu aceeaşi monedă, care căzând de la etajul 1, nu are un efect de luat în seamă ?

Primul răspuns la această întrebare ( evident greşit) a fost că în primul caz moneda este atrasă mai puternic de Pământ. Moneda are aceeaşi masă, deci şi aceeaşi greutate în ambele situaţii. Viteza cu care ajunge la sol este mai mare în primul caz. Adevărat, dar de ce?

Ca să ne explicăm aceste lucruri trebuie să ştim câte ceva despre energie. Energia mecanică a unui sistem fizic este egală cu suma energiilor cinetică şi potenţială a sistemului: E = Ec + Ep

Energia unui corp aflat în mişcare se numeşte energie cinetică : Ec . ( Cinetic- kineticos = mişcător ) . Această energie se transformă în lucrul mecanic efectuat de corp până la oprire.

Ec = mv2 / 2

m- masa corpului

v- viteza mişcării

Din formulă se vede că energia cinetică este cu atât mai mare cu cât masa şi viteza corpului sunt mai mari.

Un corp aflat în repaus la o anumită înălţime faţă de Pământ, nu are energie cinetică. Dacă este lăsat liber, corpul cade, greutatea lui efectuând lucru mecanic, deci sistemul format din corp şi Pământ dispune de energie, numită energie potenţială ( figura 1)

1
figura1

Un resort prins de perete este comprimat. Prin destindere, el împinge un corp prins de celălalt capăt ( figura 2). În timpul destinderii resortului, forţa elastică din acesta efectueaza lucru mecanic.Acest lucru este posibil datorită energiei potenţiale.

2
figura2

Energia potenţială este energia unui sistem fizic între ale cărui părţi componente au loc interacţiuni. Exemplu: sistemul corp- Pământ, un resort comprimat, prins de perete.

Energia potenţială a unui corp aflat la o înălţime faţă de Pământ :

Ep = mgh  

m- masa corpului

g- acceleraţia gravitaţională

h- înălţimea

Când corpul se află la nivelul solului, Ep = 0

Diferenţa dintre valorile iniţială şi finală ale energiei potenţiale este egală cu lucrul mecanic efectuat de sistem la trecerea din starea iniţială în starea finală.

Ei – Ef = L

Energia mecanică se conservă. Sa realizăm un experiment simplu. O sferă metalică se leagă de un fir şi se fixează pe un suport. Se ridică sfera la o anumită înălţime şi se lasă liberă. Ea se deplasează de o parte şi de alta a poziţiei de echilibru până la aceeaşi înălţime faţă de Pământ ( figura 3).

3
figura3

În timpul mişcării pendulului din poziţia A( vA = 0), spre O( vO = maximă), scade înălţimea, deci Ep scade. Viteza crşte, deci crşte şi Ec.

În mişcarea de la O spre B ( vB = 0 ), înălţimea creşte, deci creşte Ep , iar viteza scade, Ec scade.

Concluzie:

Creşterea energiei cinetice a pendulului este însoţită de scăderea energiei potenţiale, iar scăderea energiei cinetice, presupune o creştere a energiei potenţiale.În timpul mişcării pendulului, energia cinetică şi potenţială se transformă reciproc , dintr-o formă în alta.

Dacă n-ar exista frecare cu aerul, pendulul s-ar ridica de fiecare dată în punctele A şi B, aplicându-se Legea conservării energiei mecanice :

 Energia mecanică a unui sistem fizic izolat  ( care nu interacţionează cu corpurile din jur, se neglijează frecarea) se conservă, rămâne constantă în cursul transformării ei din energie cinetică în potenţială şi din potenţială în cinetică.

# Revenind la moneda care cade de la etajul 10, pe măsură ce coboară, înălţimea scade, scăzând şi energia potenţială, dar creşte energia cinetică şi deci viteza. Conform legii conservării energiei, Ep de la etajul 10 este egala cu Ec de la nivelul solului.( Neglijăm frecarea cu aerul )

Cum înălţimea până la etajul 10 este mai mare decât cea până la etajul 1,  Ep la 10 este mai mare decât la 1, deci  Ec a celei care cade de la 10 este mai mare comparativ cu  a celei ce coboară de la 1, deci şi viteza este mai mare. Aşa se explică faptul că moneda căzută de la etajul 10 poate sparge capul unui om.

#De ce o minge se mişcă pe o suprafaţă orizontală din ce în ce mai încet, până la oprire?

Mingea se opreşte din cauza forţei de frecare dintre aceasta  şi suprafaţă . Energia cinetică a mingii se consumă, transformându-se în lucru mecanic al forţei de frecare.

#Un tăietor de lemne , înainte de a lovi butucul, ridică toporul la o înălţime faţă de acesta . Dacă butucul este mare, foloseşte topor cu masă mare. De ce se întâmplă aceste lucruri?

Toporul ridicat la o anumită înălţime, are energie potenţială, care în cădere se transformă în energie cinetică şi mai departe în lucru mecanic de despicare a butucului. Pentru ca acest lucru să se întâmple este nevoie de energie mare. Aşa se explică de ce tăietorul acţionează cu o forţă suplimentară faţă de greutatea toporului, mărindu-i energia cinetică şi deci viteza. Cu cât toporul e mai greu, cu atât Ec, dar şi Ep sunt mai mari, deorece ambele forme de energie depind de masa corpului.

# Cum funcţionează ceasurile mecanice( figura 4 )? Dar jucăriile care se întorc cu ajutorul unei cheiţe ( figura5 )?

intoarcerea ceasului
figura 4
jucarie cu cheita
figura5

În ambele cazuri este nevoie de energie care să asigure mişcarea limbilor în cazul ceasului sau mişcarea membrelor , în cazul papuşilor.Aceasta energie  se obţine comprimând arcul existent în interiorul lor( cu ajutorul cheiţei ), generând energie potenţială. Mişcarea obiectelor durează până când arcul revine la forma lui iniţială,  ( datorită forţei elastice),  energia transformându-se în lucru mecanic al acestei forţe.

#Cu siguranţă cunoaşteţi arcul frumos colorat, pentru care copiii anilor ‘ 90 facuseră o obsesie( figura 6 ). Dacă este aşezat pe doua trepte ale unei scări şi este împinsă uşor partea superioară, arcul coboară fără să fie nevoie de intervenţia unei alte forţe. Acest lucru este posibil datorită comprimării şi destinderii repetate a acestuia. Prin comprimare arcul acumulează energie potenţială, care se transformă în lucru mecanic al forţei elastice, atunci când arcul revine la forma iniţială.

Iată cum oamenii deştepţi au făcut o afacere profitabilă, plecând de la un lucru simplu!

 

arc miscator
figura 6

# Pe acelaşi principiu se bazează şi folosirea arcului cu săgeţi( figura 7) sau a praştiei ( figura 8 ), numai că de data aceasta,  acumularea energiei potenţiale se face prin alungirea corpului, pentru ca apoi, prin revenire la forma iniţială ,să efectueze lucru mecanic ce pune în mişcare săgeata sau piatra.

arc cu sageti
figura 7
prastie
figura 8

# De ce o piatră aruncată vertical, în sus, îşi micşorează viteza , ajungând să se oprească? Se neglijează frecarea cu aerul.

Piatra se mişcă atâta timp cât are energie cinetică, pe care i-o imprimăm prin aruncare. Corpul se opeşte când această energie a fost consumată pentru a efectua lucru mecanic necesar urcării. Energia cinetică se transformă în energie potenţială, care-i permite corpului să coboare.

Dacă piatra ar fi avut energie cinetică mai mare, ar fi urcat mai sus, iar dacă energia era mai mică, înălţimea până la care ar fi putut ajunge, ar fi fost mai mică.

# De ce se sparg obiectele de sticlă atunci când cad pe parchet, dar sunt protejate la caderea pe covor?

Sticla nu este elastică, nu se poate deforma. Mai mult, prin lovire, se sparge. Energia potenţială de care dispune în momentul căderii, se transformă, la contactul cu parchetul, în energie cinetică. Aceasta nu se poate transforma în energie potenţială corespunzătoare deformării elastice a sticlei( pentru că nu se deformează), dar nici nu poate produce lucru mecanic de deformare a parchetului, care nu este elastic. Toată energia cinetică pe care o are la contactul cu pardoseala, se transformă în lucru mecanic de sfărâmare a sticlei.

Atunci când există covor, o parte a energiei cinetice se transformă în lucru mecanic necesar deformării covorului, deci lucrul mecanic de spargere a sticlei, este mai mic şi este posibilă salvarea acesteia de la sfărâmare.

# Acesta este motivul pentru care obiectele fragile ( care se sparg uşor ) se ambalează în vată, paie sau materiale poroase. Energia cinetică a unui şoc asupra obiectului împachetat , se va diminua datorită transformarii unei părţi din aceasta în lucru mecanic de deformare a ambalajului ( figura 9, figura 10 ).

 

fragil 1
figura 9
fragil 2
figura 10

# De ce atunci când baţi cuie într-o scândură, aceasta trebuie aşezată pe un suport dur, nu pe pământ moale?

Când scândura sta pe pământ moale, o parte din energia cinetică folosită pentru a bate cuiul se consumă pentru efectuarea lucrului mecanic de deformare a pământului.

# De ce atunci când ne pregătim să executăm o săritură,îndoim genunchii?

Prin îndoire , întindem muşchii ,înmagazinând în ei energie potenţială,iar când executăm săritura, se transformă în energie cinetică.În acest caz, energia de care dispunem este mai mare.

# De ce vagoanele trenului sunt prevăzute cu tampoane? ( figura 11)

tampoane de tren
figura 11

La ciocnirea vagoanelor, arcurile tampoanelor se comprimă. Energia cinetică a vagonului aflat în mişcare se transformă în energie potenţială de deformare a arcului, iar când arcul revine la forma iniţială, în lucru mecanic al forţei elestice, care mişcă vagoanele.

Aşa cum vedeţi, energia nu se produce din nimic, nu se pierde, ci se transformă permanent.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

20 thoughts on ““Nimic nu se creează, nimic nu se pierde, totul se transformă”

  1. Acesta este un articol minunat! Din nou m ati foacut curiosa!. Unele dintre acestea sunt luccruri la care nici nu m as fi gangit! De abia astept urmatorul articol!

    Like

  2. Este foarte interesant si educativ.Ati explicat foarte bine exemplele pe care le-ati spus si partea de teorie este mai usor de retinut.

    Like

  3. Știu unde sa apelez când nu înțeleg ceva !!❤️ Acest blog e pur și simplu uimitor.
    Dumneavoastră faceți ca fizica sa para usoara⭐️

    Like

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s