Wie geht Energie verloren?

Dies ist eine häufige Frage, die im Allgemeinen auftritt, wenn die Konzepte Kraft, Energie und Impuls etwas durcheinander geraten. Kraft ist nichts anderes als eine Entität, die bewirkt, dass sich die Geschwindigkeit eines Objekts ändert (entweder zunimmt oder abnimmt). In klassischen Begriffen wird es ausgedrückt als$F = ma$. Wo$F$ist die Kraft,$m$ist die Masse des Objekts und$a$ist die Beschleunigung (oder die Änderung der Geschwindigkeit im Laufe der Zeit – die entweder eine Zunahme oder Abnahme der Geschwindigkeit sein kann).

Kinetische Energie$KE= \frac12mv^2$, Wo$m$ist die Masse des Objekts und$v$ist die Geschwindigkeit.

Schwung$p= mv$Wo$m$ist die Masse und$v$ist die Geschwindigkeit.

Ich vermute, die Schwierigkeit, die Sie haben, besteht darin, dass Sie versuchen, das Konzept der Kraft so zu verwenden, als ob die Kraft selbst eine zu übertragende Energie enthält. Sie können sich daher eine Kraft vorstellen, die Energie in ein Objekt überträgt, haben aber Schwierigkeiten zu erkennen, wie eine auf ein Objekt ausgeübte Kraft seine Energie reduzieren kann. Diese Argumentation ist falsch. Eine Kraft an und für sich enthält keine Energie.

Beschränken wir unser Gespräch auf Kontaktkräfte. Zwei Entitäten kollidieren und dadurch ändern sich die Geschwindigkeiten der Objekte. Da sich die Geschwindigkeiten geändert haben, wirkt eine Kraft. Unter der Annahme, dass es sich in diesem Fall um eine elastische Kollision handelt (d. h. die gesamte Energie bleibt als kinetische Energie), können Sie sich vorstellen, dass Energie von einem Objekt auf das andere übertragen wird. Ein Objekt gewinnt Energie und das andere verliert Energie. Sie sehen also auf diese Weise, dass es möglich ist, eine Kraft auf ein Objekt auszuüben und dies zu einem Energieverlust führt. Das heißt, ein Objekt gewinnt Energie, während das andere Energie verliert, aber die Gesamtenergie bleibt gleich.

Diese Analyse ist jedoch nicht wirklich vollständig, bis wir auch das Momentum betrachten. Der Impuls bleibt immer erhalten, so dass der Gesamtimpuls des Systems (der beiden Objekte) vor dem Stoß auch gleich dem Impuls des Systems nach dem Stoß sein muss.

Zusammenfassend beschreibt Kraft einfach die Geschwindigkeitsänderung (im Laufe der Zeit) für ein Objekt. Durch die Kraft kann das Objekt an Geschwindigkeit zunehmen oder abnehmen. Wenn man es so betrachtet, wird klar, dass ein Körper, der an Geschwindigkeit verliert, durch die auf ihn einwirkende Kraft auch an kinetischer Energie verliert. Aber diese verlorene Energie fehlt nicht. Und im Falle eines elastischen Stoßes bleiben die gesamte kinetische Energie und der Gesamtimpuls des Systems immer erhalten.

Denken Sie immer daran, wenn einige System$A$Energie verliert, dann leistet es positive Arbeit an einem anderen System$B$, so dass die verrichtete Arbeit gleich der übertragenen Energie ist. Ein Satz für obiges wäre auch, wenn irgendein System vorhanden ist$A$verliert Energie, sie ein anderes System$B$muss negative Arbeit leisten$A$.

Wenn sich beispielsweise ein Objekt auf einer rauen Oberfläche bewegt, verrichtet die Reibung negative Arbeit daran, sodass die durch Reibung geleistete Arbeit die Energie ist, die das sich bewegende Objekt verliert, und da es sich bewegt, muss es die Energie verlieren, die es verlieren muss in Form von kinetischer Energie. Sie können es auch aus der Objektperspektive betrachten. Das Objekt leistet ständig positive Arbeit gegen die Reibung, um sie zu überwinden, und somit geht ihm die geleistete Arbeit in Form von kinetischer Energie verloren.