Куда уходит энергия при торможении: перенос и сохранение

История одной тележки

Мы продолжаем историю тележки из блока «Движение и графики». Теперь спрашиваем не только «как она двигалась?», но и «какие тела изменили её движение?». Каждый новый термин сначала свяжем с наблюдаемой сценой. На опорной карте показаны заданные учебные числа: они не заменяют ваше измерение.

Тележка катится и останавливается. Кажется, что её энергия пропала. Приглядитесь: при трении поверхности немного нагреваются, воздух может колебаться и возникать звук. В нашем малом опыте тепло не обязательно заметно рукой; отсутствие ощущения не доказывает его отсутствия. Поэтому уравнение «энергия движения стала нулём» не равняется «вся энергия Вселенной стала меньше».

Что означают слова

Передача энергии означает, что энергия переходит между телами или видами. Закон сохранения энергии говорит: энергия замкнутой системы не возникает из ничего и не исчезает. Система — выбранные тела, границу которых мы рассматриваем. Для тележки одной механическая энергия может уменьшаться. Если включить в систему стол и окружающий воздух, энергия переходит в их внутреннюю энергию и звук. Здесь «внутренняя» — энергия движения и взаимодействия частиц; подробности будут в блоке о тепле.

Проверяем числа и границы

Учебный баланс: тележка имела 4 Дж кинетической энергии и остановилась. Предположим, что 3 Дж перешло в нагрев контактных поверхностей и 1 Дж — в другие процессы, включая звук. Тогда 4 Дж = 0 Дж кинетической + 3 Дж + 1 Дж. Разбиение 3 и 1 здесь задано для примера; мы его не измеряли. Если считать только тележку, у неё −4 Дж кинетической энергии.

Попробуйте сами

Нарисуйте прямоугольник «тележка + стол + воздух» и стрелки передачи. На отдельных карточках напишите 4 Дж до, 0 + 3 + 1 Дж после. Измените условные доли на 2 и 2 Дж: общий итог останется 4 Дж. Какие измерения потребовались бы, чтобы подтвердить реальные доли?

Типичная ловушка

Не говорите, что энергия «уничтожена трением». Правильнее назвать выбранную систему и путь передачи; конкретные доли без измерения не утверждайте.

Опорная карта

Проверка без подсказки

Закройте расчёт рукой. Назовите тело, к которому приложены силы, их источники и выбранное положительное направление. Потом восстановите арифметику с единицами. Смените одно исходное число и расскажите, какой вывод изменится. Если реального опыта не было, в журнале пишите «учебная модель».

Запись в журнал

Запишите четыре строки: «Что я видел?», «Что было задано?», «Что вычислил?», «Какие условия нужны для такого вывода?». Так вы отделите наблюдение от модели и сможете позже проверить собственную ошибку.

Следующий урок: Контрольная точка: одна тележка, силы, работа и энергия