Рассмотрим теперь несколько ситуаций, которые помогут нам ввести новое для вас понятие «энергия», чрезвычайно важное в науке и технике.
 |
Ситуация первая: грузчики поднимают кирпичи на второй этаж. Посмотрите на рисунок: один грузчик может носить по десятку кирпичей, а другой – только по два кирпича. Говорят, что у первого грузчика больше энергии: он может выполнить больше работы, чем второй грузчик (важно: за любое, в том числе неограниченное время наблюдения).
Тем не менее, даже упитанный персонаж не может работать бесконечно, и через некоторое время оба грузчика утомятся. Это означает, что в их мышцах иссякла энергия. После отдыха (или лучше – после принятия пищи и отдыха) мышцы вновь будут способны совершать работу, так как кровь доставляет питательные вещества, за счёт которых энергия пополняется. Итак, по мере совершения грузчиками работы их способность совершать новую работу (то есть их энергия) уменьшается. Обобщённо мы скажем: при совершении телом механической работы собственная энергия тела уменьшается.
 |
Ситуация вторая: первобытный человек совершает работу над камнем – поднимает его. В отличие от первой ситуации, в качестве рассматриваемого тела выберем теперь не человека, а камень. То есть в таком случае работа совершается не самим телом, а над телом, в результате чего энергия рассматриваемого тела увеличивается. Теперь камень может, например, разбить орех – то есть совершить работу, на выполнение которой прежней энергии камня было недостаточно (см. рисунок).
Итак, обобщаем: энергия – физическая величина, характеризующая способность тела (или нескольких тел) совершать механическую работу. Чем больше работы может совершить тело, тем больше его энергия, и наоборот. Поэтому, как и механическая работа, энергия выражается в джоулях.
Слово «энергия» мы применяем очень часто. Так, для работы электродвигателей нужна электрическая энергия. Двигатели автомобилей работают благодаря энергии, выделяющейся при сгорании топлива. Живые организмы (в том числе человек) могут совершать работу, так как извлекают энергию из питательных веществ. При работе гидроэлектростанций используется энергия падающей воды. Например, на иллюстрации, которой открывается эта тема, показано применение запасённой водой энергии для приведения в действие мельницы.
При совершении механической работы энергия тел обязательно изменяется: у одних тел уменьшается, у других – увеличивается.
 |
Например, при подъёме кирпичей энергия грузчика уменьшается, а энергия кирпичей увеличивается. Это подтверждается тем, что чем выше они подняты, тем большую механическую работу смогут произвести (например, когда упадут подобно камню на рисунке с орехом). Энергия, запасённая в организме грузчика, уменьшается, так как его способность поднимать новые кирпичи становится всё меньше (см. рисунок).
В этом параграфе мы говорили о совершении положительной работы. Если же тело совершает отрицательную работу, его энергия будет не убывать, а возрастать. Например, в § 5-а по отношению к поднимающейся кабине лифта девочка совершает отрицательную работу, поэтому её энергия возрастает (по отношению к неподвижному наблюдателю вне лифта, например, сидящему на земле мальчику).