کار و انرژی (قسمت ششم- قضیه کار-انرژی و پایستگی انرژی)

به نام خدا

در این قسمت با چگونگی بدست آوردن مقدار کار از طریق رابطه ی انژری جنبشی و همچنین با قانون پایستگی انرژی آشنا می شویم.

پس از مطالعه ی مطالب درباره این تصویر تأمل کنید. 

---

قضیه کار-انرژی

همانطور که بیاد دارید کار روشی برای انتقال انرژی است که با نیرو و جابه جایی سروکار دارد . همچنین می دانید که انرژی جنبشی انرژی ای است که جسم بواسطه ی حرکتش دارا می باشد.

اگر کمی به مفهوم کار و همچنین انرژی جنبشی دقت کنید خواهید فهمید که بدون انجام دادن کار بر روی جسمی ، انرژی جنبشی بوجود نمی آید یعنی برای ایجاد انرژی جنبشی در یک جسم باید بر روی آن کار انجام دهیم به طور مثال وقتی اتومبیلی سرعت می گیرد ، به واسطه ی کاری که روی آن انجام می شود انرژی جنبشی پیدا می کند . یا وقتی اتومبیل متحرکی کند می شود ، برای کاهش انرژی جنبشی آن کار انجام می شود. اما سوالی که پیش می آید این است که چگونه می توان به رابطه ی میان این دو پی برد ؟

برای آنکه بتوانید به رابطه ی میان این دو مفهوم ( کار و انرژی جنبشی ) پی ببرید باید از رابطه ی زیر استفاده کنید :

تغییرات انرژی جنبشی یک جسم = کار

که به صورت نماد خواهیم داشت :

Δk = W 

مطابق رابطه بالا می توان نتیجه گرفت که کار برابر با تغییر انرژی جنبشی است .این قضیه ی کار-انرژی است.

نکته : دلتا ( Δ ) یکی از حروف یونانی است که در فیزیک برای نشان داد تغییرات یک کمیت بکار می رود . به طور مثال ΔX = X₂ - X₁ بنابراین  ΔK = k₂ - k₁

---

قانون پایستگی انرژِی

قانون پایستگی انرژی به صورت زیر تعریف می شود :

انرژی خلق یا نابود نمی شود ، بلکه از شکلی به شکل دیگر تبدیل می شود . اما مقدار کل آن هرگز تغییر نمی کند.

هنگامی که جسمی تا ارتفاعی از سطح زمین بالا می آید دارای انرژی پتانسیل می شود و هنگامی که همان جسم رها شود انرژی پتانسیل آن به انرژی جنبشی تبدیل می شود . هنگامی که آن جسم به زمین برخورد می کند مقداری از انرژی آن تبدیل به گرما می شود و مقداری دیگری از آن صرف فرو رفتن جسم در زمین می شود.( معمولا اجسام پس از سقوط مقداری داخل زمین فرو می روند )
در تمامی این حالات دیدید که جسم انرژی اش از صورتی به صورت دیگر تبدیل شد ، و این نشان می دهد که انرژی نه از بین می رود و نه به وجود می آید و فقط از صورتی به صورت دیگر تبدیل می شود.

مثال دیگری بر درستی قانون پایستگی انرژی به شکل زیر می باشد.

فشار ناشی از گرانی در دماهای بینهایت زیاد در عمق خورشید ، هسته های هیدروژن را برای تشکیل هسته ی هلیم به هم جوش می دهد . این همجوشی گرما هسته ای ، فرایندی است که باعث آزاد شدن انرژی تابشی می شود . و بخش کوچکی از آن به زمین می رسد . بخشی از انرژی فرود آمده بر زمین به گیاهان ( و دیگر موجودات زنده فتوسنتزی ) می تابد . و بخشی از آن نیز بعدها به صورت زغال سنگ ذخیره می شود . بخشی دیگر حیات را در زنجیره ی غذایی تداوم می بخشد که با گیاهان ( و دیگر فتوسنتز کنندگان ) آغاز می شود و بخشی از این انرژی بعدا در نفت ذخیره می شود . بخشی از انرژی ناشی از خورشید صرف تبخیر آب اقیانوس ها می شود، و بخشی از آن به صورت باران به زمین بر می گردد که می توان آن را پشت سد به دام انداخت. آب پشت سد به واسطه ی مکان مرتفع خود دارای انرژی است که می توان آن را در نیروگاهی که زیر سد قرار دارد به کار گرفت . در این نیروگاه انرژی پتانسیل به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. انرژی از طریق کابل ها به خانه های ما  میرسد و در آنجا برای روشنایی ، گرما ، آشپزی و به کار انداختن وسیله های الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرد .

حال می توانید به مفهوم قانون پایستگی انرژی پی ببرید؟!