Енергія і її види
А що це таке? Коли, наприклад, кажуть - «енергійна людина», то мають на увазі непосиду або діяльного людини, встигає багато зробити. В якомусь сенсі енергія як фізичне поняття означає теж - здатність виконати будь-яку роботу. Скажімо, перетягнути, перевезти або підняти вантажі, по чомусь вдарити, щось зруйнувати. Тому при здійсненні роботи ми завжди говоримо про витрати енергії.
Енергія - дуже багатолике поняття. Немає жодного розділу фізики, та й не тільки її, де б не довелося з нею зіткнутися. У механіці ж розглядають тільки два її види - потенційну і кінетичну. Ми підняли, наприклад, стілець. Простежимо, що ми при цьому зробили. Доклали зусиль - раз, зробили роботу - два, витратили енергію - три. Тепер, тримаючи стілець на висоті, ми можемо сказати, що він володіє запасом потенційної енергії, або енергії положення. Опустимо стілець. Падаючи, тобто, втрачаючи висоту, він буде втрачати і свою потенційну енергію, але вона при цьому «перетече» в енергію руху - кінетичну, якою володіє будь-яке рухоме тіло.
Свідченням того, що у стільця дійсно був запас енергії, послужить вм'ятина в підлозі, яку при падінні залишить стілець. Навряд чи кому сподобаються такі експерименти, тому звернемося до греблі гідростанції. І що ж? Все те ж саме - накопичена в водосховище річкова вода, зриваючись вниз, «змінює» запас потенційної енергії на кінетичну і обертає колеса турбін, які виробляють електричний струм. Іншими словами, робить роботу.
Дивна здатність енергії зберігатися. Вона може переходити з одного виду в інший, як ми тільки що бачили на прикладі стільця і падаючої води, а в цілому не змінювати свій загальний обсяг. Це її якість знайшло відображення в законі збереження енергії - одному з найбільших законів природи.
Корисні і непотрібні дії
Що ми робимо, якщо замерзли руки? Трьом їх одна об одну. Енергійно потерли - нагріли руки. Але ж ми зробили роботу, інтенсивно рухаючи долонями. І на що ж пішли наші зусилля? Мова сам просить сказати - перейшли в тепло. Ще приклад. Розігнався до великій швидкості автомобіль різко загальмував на перехресті біля світлофора і зупинився. А витрати на його рух куди зникли? Тут вже не обійтися без застосування поняття «енергія». З ним відповісти просто: кінетична енергія автомобіля перейшла в тепло. При гальмуванні нагрілися колеса і інші частини машини, асфальт і навіть навколишнє повітря. Адже ми добре знаємо, що для нагріву тіл, скажімо, сковорідки на плиті, потрібно десь взяти і передати їм тепло.
Значить, і в цих випадках енергія в цілому не втрачається, а лише змінює вигляд, робить переходи з одного виду в інший. Але для потрібного нам, іншими словами - корисної дії підходять тільки певні види енергії, інші ж виявляться для нас «втраченими». Коли ми кип'ятимо воду в чайнику, то використовуємо для цієї мети лише частина енергії, що виділилася при згоранні газу або спіраллю електроплитки. Коли ми з допомогою похилій дошки витягати в кузов автомобіля ящик, ми здійснюємо велику роботу, або витрачаємо більше енергії, ніж потрібно при безпосередньому його підйомі на цю висоту.
Тому всі механізми і пристрої, що перетворюють енергію, мають так званий коефіцієнт корисної дії (ККД). Він показує частку потрібної, корисної нам роботи в загальних витратах енергії даної машини. Наприклад, та ж похила дошка може мати к.к.д. 50 відсотків. Що це означає? А то, що половина всієї витраченої енергії дійсно пішла на підйом вантажу, а інша половина «розгубилася» по дорозі на нагрів, як вантажу, так і оточуючих його тел.