Сила и енергия-има ли неизяснени казуси?

[Bat_Vanko]

kd_dinev ще трябва да разочаровам, тази твоя идея няма да проработи. Представи си същата схема като описаната от тебе по нагоре но завъртяна на 90 гр. Имаш топка с маса 10 кг издигната на 5 м височина. Пускаш я да пада свободно към земята под влияние на собствената си тежест. Силата която й действа е 100 N а ускорението 10 м/сек². В началният момент топката има потенциална енергия 500 J и скорост 0 м/сек. След 1 сек топката е изминала разстояние 5 м и има скорост 10 м/сек. Има кинетична енергия е 500 J, но пък няма потенциална. Ако се абстрахираш от факта че тука говорим за горе/долу и ляво/дясно няма никаква разлика между двете схеми. Явно нещо пропускаме в схемата с двигателя, но на този принцип работят всички водноелектроцентрали и щеше да бъде идеално ако можеше да се върже изхода към входа на турбината и да изкараме КОП 4.

[kd_dinev]

Бат Ванко не ме разочароваш и ти благодаря за детайлния анализ. Това което пропускаш е, че за да качи топката на 5 метра височина двигателя ще трябва да работи 5 секунди и ще изразходва 500 джаула енергия. Това е така защото му противодейства силата на тежестта. В хоризонтално направление няма противодействие и двигателя ще работи 1 секунда топката ще се ускори до 10 м/сек и ще има 500 джаула кинетична енергия. Използваната енергия от двигателя ще е 100 джаула. Мисля, че това е КОП 4.

[epwpixieq-1]

В хоризонтално направление няма противодействие и двигателя ще работи 1 секунда топката ще се ускори до 10 м/сек и ще има 500 джаула кинетична енергия. Използваната енергия от двигателя ще е 100 джаула.

Да направим лесено пресмятане на тази логика.

Тялото ( или топката ) има начална скорост от 0m/s и достига до крайна скорост (която замерваме) 10m/s. В това мисля няма спор. Въпроса е колко енергия е необходима за да се достигне до тази (крйна) скорост. Тоест изваждаме от крайната (на 1^та седкуна, y=1) енергия на тялото, енергията която е имало в началния интервал на замерването (х=0) и така получаваме принадената енергия.
Е_y,x = E_y - E_x= 1/2*m*10² - 1/2*m*0² = 1/2*10*100 = 500 J
Както вижда явно логиката която прилагате е грешна, понеже нямка как тези 400 J да се появят от нищото. В крайна сметка енергията, както предполагам и вие знаете, нито се материализира от нищото, нито изчезва в нищото, а само се преобразува.

Сега, при положение че приложете тези 100 N, за 5 секдунди, вместо за 1, нещата ще си дойдат на мястото, и тогава няма да имате тези несъвместимости които получавате. Времето на прилагане на една сила е много важен фактор, който някак си ви се губи на вас, а това всъщност ви е показано и при източника който следвате, в уравнение (73.3)

http://sci.vanyog.com/index.php?pid=73

не ми е ясно как така ги намирате тези завоалирани в интернета източници  но както и да е, тези автори, както и много други, преписват от исторически установени източници. Лично на мен интегралната форма ми допада повече: https://en.wikipedia.org/wiki/Impulse_(physics) но това може да се каже е повече въпрос на вкус към нотацията отколкото логическия смисъл.

Интересното е обаче, незнам дали осъзнавате, че начина по който се използва "импулс", от източника които посочихте (а и принципно), е много по различен от начина по който вие използвате (или поне по който аз разбирам че вие го използвате) същия термин на страниците на тази тема.

[kd_dinev]

Пикси явно не сте попадали на формулировката на първия принцип на термодинамиката, която гласи,че за да се появи някакво количество кинетична енергия трябва да изчезне точно определено количество топлинна енергия и обратно. Така че не се притеснявайте има от каква енергия да се осъществи преобразуването й при примера, който разглеждаме. И какво ще се промени ако силата действа 5 секунди вместо 1? Според посочената от вас формула скоростта на топката ще е 50 м/сек, а кинетичната й енергия ще бъде 12 500 джаула.

[dmitarp]

Пак те насочвам, че енергията е равна на силата по пътя. Съгласно вторият принцип на Нютон, пътя който ще измине топката за 5 секунди ще бъде 125 метра, умножено по силата е равно точно толкова колкото енергия има и в ускорената вече топка. Вторият принцип на Нютон е многократно проверен и той е безпогрешен на Земята, вярно не е универсален, но това не значи, че е грешен, включително е проверен и от мен, като ученик, и всеки ученик го е проверявал по време на експериментите по физика. С  пособията, които притежаваше моето училище, се получаваше грешка, от порядъка на 20 процента, но това е съвсем обяснимо като се има предвид нашата непохватност.

[MTM]

Динев  постави тежеста в цилиндър с вода (ако е солена още по добре)
Вдигаш вертикално с лебедката до горна мъртва точка. (до тук вместо 1000джаула се изразходват около 500джаула).След това пускаш тежеста и гравитацията ще свърши останалото 1250 джаула.

[kd_dinev]

Пак те насочвам, че енергията е равна на силата по пътя. Съгласно вторият принцип на Нютон, пътя който ще измине топката за 5 секунди ще бъде 125 метра, умножено по силата е равно точно толкова колкото енергия има и в ускорената вече топка. Вторият принцип на Нютон е многократно проверен и той е безпогрешен на Земята, вярно не е универсален, но това не значи, че е грешен, включително е проверен и от мен, като ученик, и всеки ученик го е проверявал по време на експериментите по физика. С  пособията, които притежаваше моето училище, се получаваше грешка, от порядъка на 20 процента, но това е съвсем обяснимо като се има предвид нашата непохватност.

.                                                                        Димитър съгласен съм с всяка една твоя дума в случая! Сега да видим същата тази сила от 100 Нютона приложена за време от 5 секунди но в посока вертикално нагоре каква енергия ще предаде на тялото с маса 10кг. Ами ще го издигне на 5 метра а потенциалната му енергия ще е 500 джаула. 12 500 срещу 500 джаула!!! Как ще го коментираш?

[Bat_Vanko]

Сега да видим същата тази сила от 100 Нютона приложена за време от 5 секунди но в посока вертикално нагоре каква енергия ще предаде на тялото с маса 10кг. Ами ще го издигне на 5 метра а потенциалната му енергия ще е 500 джаула. 12 500 срещу 500 джаула!!! Как ще го коментираш?

НИКАКВА! Не за 5 сек, а за 5 години да я прилагаш пак няма да издигнеш тялото и с милиметър. Забравяш че тялото упражнява същата тази сила но в обратната посока на външната. Двете сили се неутрализират.

[kd_dinev]

Ми добре бе Бат Ванко ще я приложим под някакъв ъгъл не вертикално нагоре. Просто тялото ще измине малко повече път. Това от гледна точка на използваната енергия какво значение има? Нали се сещаш че КПДто на простите механизми е максимум 1
.

[epwpixieq-1]

Според посочената от вас формула скоростта на топката ще е 50 м/сек, а кинетичната й енергия ще бъде 12 500 джаула.

По коя формула посочена от мен? Дайте по подробно тук, че нещо съвсем изпуснах логиката ви. За вас каточели няма пункуации, точни изчисления и изписване на формули.

първия принцип на термодинамиката, която гласи,че за да се появи някакво количество кинетична енергия трябва да изчезне точно определено количество топлинна енергия и обратно.

Интересно, значи този физичен принцип действа по резличен начин, поне според вашата логика, когато тяло се издига над земята и когато се движи паралелно на нея, понеже вижате ли в единия случей се превръща едно количество енергия, а в другия друго, според вашата "логика" разбира се. Много избирателен физически принцип, не бях чувал за такъв. Това малко ми напомня на ротатиця в имагинарното пространсво, понеже там ротация на 90^о дава нещо което релно не съществува, сигурен ли сте че не говорите за имагинарна енергия 

[kd_dinev]

Да направим лесено пресмятане на тази логика.

Тялото ( или топката ) има начална скорост от 0m/s и достига до крайна скорост (която замерваме) 10m/s. В това мисля няма спор. Въпроса е колко енергия е необходима за да се достигне до тази (крйна) скорост. Тоест изваждаме от крайната (на 1^та седкуна, y=1) енергия на тялото, енергията която е имало в началния интервал на замерването (х=0) и така получаваме принадената енергия.
Е_y,x = E_y - E_x= 1/2*m*10² - 1/2*m*0² = 1/2*10*100 = 500 J
Както вижда явно логиката която прилагате е грешна, понеже нямка как тези 400 J да се появят от нищото. В крайна сметка енергията, както предполагам и вие знаете, нито се материализира от нищото, нито изчезва в нищото, а само се преобразува.

Сега, при положение че приложете тези 100 N, за 5 секдунди, вместо за 1, нещата ще си дойдат на мястото, и тогава няма да имате тези несъвместимости които получавате. Времето на прилагане на една сила е много важен фактор, който някак си ви се губи на вас, а това всъщност ви е показано и при източника който следвате, в уравнение (73.3)не ми е ясно как така ги намирате тези завоалирани в интернета източници  но както и да е, тези автори, както и много други, преписват от исторически установени източници. Лично на мен интегралната форма ми допада повече: https://en.wikipedia.org/wiki/Impulse_(physics) но това може да се каже е повече въпрос на вкус към нотацията отколкото логическия смисъл.

Интересното е обаче, незнам дали осъзнавате, че начина по който се използва "импулс", от източника които посочихте (а и принципно), е много по различен от начина по който вие използвате (или поне по който аз разбирам че вие го използвате) същия термин на страниците на тази тема.

.                                                                       Уравнение 73.3 което вие посочвате от източника за който дадох линк.                          Що се отнася до формулировката на принципа давам го като доказателство, че тези 400 джаула не се появяват от нищото а са топлинна енергия преобразувана в кинетична енергия. Когато издигаме тяло над земята нещата са по различни. Качвате се с асансьор на някаква височина. Цялата работа в случая се извършва от електродвигателя, а цялата енергия идва от електрическата мрежа. Вие не участвате по никакъв начин освен че с теглото си противодействате на приложената сила.

[dmitarp]

Обясни как става трансфера на тази енергия, от околната среда към тялото, или около тялото, самото тяло променя ли си температурата, какво става във вакуум?

[kd_dinev]

Ако вземем една еластична топка, вдигайки я на някаква височина тя придобива някакво количество потенциална енергия. Когато я пуснем тази потенциална енергия се превръща в кинетична и при удара в земята потенциалната енергия е нула а кинетичната има максимална стойност. След удара ако топката не отдава никаква енергия тя ще отскочи обратно до същата височина. Това движение може да продължи безкрайно дълго. В реалността дори и да е във вакуум тя ще загрява земната повърхност при удара. Т.е. част от енергията на топката ще премине в земята под формата на топлина и тя съответно няма да получи същото ускорение което би й позволило да се върне на първоначалната височина. Или иначе казано топката губи част от своята еластичност защото е изстинала-вътрешната й енергия е намаляла. Долу горе така си представям връзката между вътрешна енергия и ускорение.

[epwpixieq-1]

kd_dinev, надявам се след този дълъг и много технически насочен коменар неясностите относно енергията и силата да се изяснят понеже, прочитайки го внимателно, ще разберете че, при положение че прилагаме вашата логика, енергията може да има неимоверни "увеличения", и че има само един (технически два) начин(а) за да се извлече точно приложената енергия, от прилагане на определена сила, и то с типа на прогресията която вече показах. Надявам се този коментар да се разбере, понеже най-малкото ще ви покаже защо и къде точно грешите в предположенията си.

За да не говорим само с думи, ето едно доста добро (и елеменарно, на ниво средно образование) направено обяснение относно момент и импулс: https://www.youtube.com/watch?v=hODlmGK7pl8 Малката лекциика е на Агнлийски, но мисля че даже и без познание на езика, само следвайки формулировките, човек може да извлече идеите които се представят (които дефакто са същите, а няма и как да бъдат различни, както и при посочения от вас източник).

Следете внимателно примера който се дава (https://www.youtube.com/watch?v=hODlmGK7pl8&t=675s)  и който ще разгледаме и ние.

Сега според примера който се обсъжда имаме обект с тегло 50kg с начална скорост 10m/s въурху който се прилага сила от 200N, в посоката на движение, за 5s. Импулса (I) върху тялото е 200N*5s = 1000Ns (Newton-seconds). Понеже импулса е равна на промяната на момента, така получаваме  I = Δp.. Сега Δp = m*Δv = m*(v₁ - v₀). Като v₁ e крайната скорост ( след прилагане на силата ), а v₀ е началната. Забележете че намираме крайната скорост от елементарното горно уравнение, знаейки стойността на Δp (при положение че не виждате как, погледнете видеото ). И точно това е необходимо в нашия спор ( крайния момент лесно се нармира, но ние не дискутираме това ).

Да изчислим енергията на тялото според формулата Е=1/2*m*v²

Началната енергия на тялото е: Е₀=1/2*m*(v₀)² = 1/2*50*10² = 2500 J
Крайната енергия на тялото е: Е₁=1/2*m*(v₁)² = 1/2*50*900² = 22500 J
Така разликата е 20 000 J (запомнете тази стойност понеже ще ни е нужна накрая). До тук мисля че всеки би се съгласил с анализа и изчисленията и сега става интересно и за вас, а предполагам и за колегите.

Според вашите виждания ние сме приложили 200N за 5s което според вас се равнява на 1000 J изразходвана енергия и така получаваме 20х повече енергия от приложената.
И тук разбира се е където се различаваме много.

Давам два други примера с абсолютно същи параметри ( тоест силата и времето на прилагане са едни и същи) като единствената разлика е масата на обекта, в първия случай (пример 1) 500kg а във втория (пример 2) 1kg. Изчисляваме крайната скорост и в двата примера (началната е една и съща от 10m/s) по горната формула (удебелена и подчертана) и намираме в първия пример тя да е 12m/s а във втория 990m/s.

Пример 1:
Сега изчисляваме енргията принадена на телата като следствие от разликата в скоростите:
Началната енергия на тялото от 500kg е: Е₀=1/2*m*(v₀)² = 1/2*500*10² = 25000 J
Крайната енергия на тялото от 500kg е: Е₀=1/2*m*(v₁)² = 1/2*500*12² = 36000 J
Тоест имаме (според вашата логика) 10 000 J в повече при положение че сме вложили само 1000 J.

Пример 2:
Началната енергия на тялото от 1kg е: Е₀=1/2*m*(v₀)² = 1/2*1*10² = 50 J
Крайната енергия на тялото от 1kg е: Е₀=1/2*m*(v₁)² = 1/2*1*990² = 490050 J
Тоест имаме 489 000 J в повече (!!!) при положение че сме вложили само 1000 J (и това ако не е свободна енергия незнам какво е  ).

Надявам се тези изчисления, а такива както е ясно могат да се направят безкрайно, показват проблема във вашите виждания. Изчсленията всъщност не са проблем, начина по който ги интерпретирате, на основа на вложената сила, обаче е. Това е много важно, понеже показва че независимо че знаете как да прилагате формулите ( за съжаление това се вижда и при много други хора ) физическата им интерпретацията е неправилна.

Сега да приложим прогресията която вече дадох в предишен коментар и да видим дали може правилно да получим отговора за това каква енергия сме вложили (изписвам всичко, понеже педантичността а много важна тук и всеки може да провери за грешка !!):
1 N/s, 1kg, 1s, 0-1m/s, 1m/s, 0.5J (+0.5J)
2 N/s, 1kg, 1s, 1-2m/s, 1m/s, 2 J (+1.5J),  1J
3 N/s, 1kg, 1s, 2-3m/s, 1m/s, 4.5 J (+2.5J), 1J
4 N/s, 1kg, 1s, 3-4m/s, 1m/s, 8J (+3.5J), 1J
5 N/s, 1kg, 1s, 4-5m/s, 1m/s, 12.5J (+4.5J), 1J
6 N/s, 1kg, 1s, 5-6m/s, 1m/s, 18J (+5.5J), 1J
7 N/s, 1kg, 1s, 6-7m/s, 1m/s, 24.5J (+6.5J), 1J
8 N/s, 1kg, 1s, 7-8m/s, 1m/s, 32J (+7.5J), 1J
9 N/s, 1kg, 1s, 8-9m/s, 1m/s, 40.5J (+8.5J), 1J
10 N/s, 1kg, 1s, 9-10m/s, 1m/s, 50J (+9.5J), 1J
11 N/s, 1kg, 1s, 10-11m/s, 1m/s, 60.5J (+10.5J), 1J
12 N/s, 1kg, 1s, 11-12m/s, 1m/s, 72J (+11.5J), 1J
13 N/s, 1kg, 1s, 12-13m/s, 1m/s, 84.5J (+12.5J), 1J
14 N/s, 1kg, 1s, 13-14m/s, 1m/s, 98J (+13.5J), 1J
15 N/s, 1kg, 1s, 14-15m/s, 1m/s, 112.5J (+14.5J), 1J
16 N/s, 1kg, 1s, 15-16m/s, 1m/s, 128J (+15.5J), 1J
17 N/s, 1kg, 1s, 16-17m/s, 1m/s, 144.5J (+16.5J), 1J
18 N/s, 1kg, 1s, 17-18m/s, 1m/s, 162J (+17.5J), 1J
19 N/s, 1kg, 1s, 18-19m/s, 1m/s, 180.5J (+18.5J), 1J
20 N/s, 1kg, 1s, 19-20m/s, 1m/s, 200J (+19.5J), 1J
21 N/s, 1kg, 1s, 20-21m/s, 1m/s, 220.5J (+20.5J), 1J
22 N/s, 1kg, 1s, 21-22m/s, 1m/s, 242J (+21.5J), 1J
23 N/s, 1kg, 1s, 22-23m/s, 1m/s, 264.5J (+22.5J), 1J
24 N/s, 1kg, 1s, 23-24m/s, 1m/s, 288J (+23.5J), 1J
25 N/s, 1kg, 1s, 24-25m/s, 1m/s, 312.5J (+24.5J), 1J
26 N/s, 1kg, 1s, 25-26m/s, 1m/s, 338J (+25.5J), 1J
27 N/s, 1kg, 1s, 26-27m/s, 1m/s, 364.5J (+26.5J), 1J
28 N/s, 1kg, 1s, 27-28m/s, 1m/s, 392J (+27.5J), 1J
29 N/s, 1kg, 1s, 28-29m/s, 1m/s, 420.5J (+28.5J), 1J
30 N/s, 1kg, 1s, 29-30m/s, 1m/s, 450J (+29.5J), 1J

В първичния (не модифициран пример) когато изчислявамхме енергията по вашия начин ние получихме разлика от приложени 20 000 J, като според вас сме вкарали само 1 000 J ( 20х нарастване ). 

Сега да изчислим прилаганата енергия с горната прогресия. В примера, знаем че тялото от 50kg, се ускорява от 10m/s до 30m/s за 5s (затова и увеличих прогресията с още 20-сет реда, до 30m/s). Това ниава равномерно ускорение от по 4m/s, за всяка една от 5-те секудни.

Сега идва интересният момент. От горната прогресия вземаме последователно 5 ускорителни интервала, където имаме ускорение с 4m/s. Така започваме с първо редовете :
10 N/s, 1kg, 1s, 9-10m/s, 1m/s, 50J (+9.5J), 1J (това е началната скорост)
11 N/s, 1kg, 1s, 10-11m/s, 1m/s, 60.5J (+10.5J), 1J
12 N/s, 1kg, 1s, 11-12m/s, 1m/s, 72J (+11.5J), 1J
13 N/s, 1kg, 1s, 12-13m/s, 1m/s, 84.5J (+12.5J), 1J
14 N/s, 1kg, 1s, 13-14m/s, 1m/s, 98J (+13.5J), 1J
това са 4 секудни за които скоростта се е увеличила с 4m/s. Изваждаме от енергията на 5тия ред енергията на пъврия 98J - 50J = 48J (добавената енергия за 4-те секунди). Умножаваме по 50kg (масата на обекета в първоначалния пример, понеже в нашата редица имаме 1kg) и получаваме 2400J.

Това правим последователно за останалите 4 интервала (добавям още един пример за да няма неясноти):
14 N/s, 1kg, 1s, 13-14m/s, 1m/s, 98J (+13.5J), 1J
15 N/s, 1kg, 1s, 14-15m/s, 1m/s, 112.5J (+14.5J), 1J
16 N/s, 1kg, 1s, 15-16m/s, 1m/s, 128J (+15.5J), 1J
17 N/s, 1kg, 1s, 16-17m/s, 1m/s, 144.5J (+16.5J), 1J
18 N/s, 1kg, 1s, 17-18m/s, 1m/s, 162J (+17.5J), 1J
това са следващите 4 секудни за които скоростта се е увеличила с 4m/s. Изваждаме от енергията на 5тия ред енергията на пъврия 162J - 98J = 64J (добавената енергия за втория интервал от 4 секунди). Умножаваме по 50kg и получаваме 3200J.

Така всеки от интервалите, изчислени по подобен начин, имаме 2400J, 3200J, 4000J, 4800J, 5600J. Сбора на принадената енергия от тези интервали е точно 20 000 J !!! (принадената стойност изчислена в примера по горе), доста изчистено не мислите ли . Такова решение мога да ви изведа какъвто и пример да дадете. (може да се напише и много по-кратко във сбита формула но тогава няма шанс хората да го проследят и разберат).

Сега какво означава това? Тези изчисления  показват точно принадената енергия в J (както написах и в предишен коментар). Точно както и в предишния ми коментар, това е единствения начин, (технически при обръщане на редицата, низходящо прилагане на силата, резултата е същия) на равно ускорително движение на приложена сила, за 1s, по който може да се изчисли принадената енергия така че да съотвества точно на подаватната сила, понеже всички еденици са еквивалентни. Всяко друго изчисление, за принадената енергия, изиксва началната и крайнта скорост, а не както вие гледате силата по времето, точно защото дефиницията на Joule, не се базира на сила по време, а на преместване на определна маса на определено разстояние под натиска на определена сила и всичко съвпада и е точно само когато едениците са еквивалентни.

[kd_dinev]

https://www.youtube.com/watch?v=T9aAHYQyn-M

                                                                                                                                                                           

   
   
   

Добре дошли в Уикипедия! Можете не само да четете тази статия, но също така и да я редактирате и подобрите.
Нютон

   
   

   
   
   
    История

Инструменти

от Уикипедия, свободната енциклопедия

    Тази статия е за мерната единица. За английския физик вижте Исак Нютон.

Нютонът[1] (символ: N) е единицата за сила от Международната система единици. Тя е определена като силата, необходима за придаване на ускорение от 1 m/s² на свободно тяло с маса 1 kg. Нютонът е производна единица, която се изразява чрез основни единици по следния начин:

    1 N = 1 kg · m /s2

Мерната единица е наречена в чест на английския физик Исак Нютон.

Друго определение на нютон е, че това е силата, придаваща импулс от 1 kg·m/s. Това означава, че ако сила от 1 нютон е постоянно приложена към тяло с маса 1 kg, то всяка секунда скоростта му ще се увеличава с 1 m/s.