Uživatel:Jakuba Škrdla/Úvahy/Chování přírody
Nechme předmět padat vlastní váhou pouze pomocí přitažlivosti.Rychlost předmětu bude úměrná době pádu.Polovina čtverce rychlosti bude úměrná dráze předmětu s.Vynásobme dráhu předmětu gravitační silou F a poloviční čtverec rychlosti 1/2 v na druhou vynásobme setrvačnou hmotou předmětu m.Dostaneme rovnici 1/2 m v na druhou=Fs.Nyní vyhoďme předmět svisle vzhůru.Sledujme centimetr po centimetru jeho dráhu.Ptejme se jakou rychlostí se předmět vrátí.Nepřihlížíme-li k odporu vzduchu,odpověď zní,že stejnou ale v opačném směru.
Těleso stoupne o 1 cm a veličina 1/2 m v na druhou se zmenší o určitou velikost(F krát 1 cm).Při návratu projde předmět opět tímto centimetrem a veličina 1/2 m v na druhou vzroste opět o tutéž velikost.Při návratu do výchozího bodu se veličina 1/2 m v na druhou zvětšila o tolik o kolik se pří stoupání zmenšila.Veličina 1/2 m v na druhou se nazývá kinetická energie.Veličina Fs se nazývá potenciální energie.Stoupal-li předmět vzhůru,jeho kinetická energie se zmenšovala o stejnou hodnotu o jakou se zvětšovala jeho potenciální energie.Při pádu předmětu tomu bylo naopak.V obou případech ale součet kinetické a potenciální energie zůstával stále stejný,konstantní.
Jak se tyto výsledky změní,budeme-li se zabývat jinou silou než je gravitace.Především jiné síly nejsou v každém bodě stejné.Omezme se zatím na předmět pohybující se po přímce a předpokládejme,že síla působící v každém jeho bodě je stejná bez ohledu jakou rychlostí předmět tím bodem prochází.Můžeme opět požít vztahu 1/2 m v2 na druhou mínus 1/2 m v1 na druhou = F(s2 minus s1) pro velmi malý interval na němž sílu můžeme považovat za stálou.Výraz na pravé straně se pak nazývá práce vykonaný silou F.Projde-li předmět nějakou vzdálenost musíme sečíst celkovou práci,kterou síla na této dráze vykonala.Znovu platí,že vrací-li se předmět zpět do výchozího bodu, prošel každý úsek na této cestě dvakrát v opačném směru a vrací se opět s původní rychlostí.
Síly pro které toto tvrzení platí se nazývají konzervativní,protože pro ně platí zákon zachování energie.Existují síly,které konzervativní nejsou.Jsou to zejména všechny síly závislé na rychlosti předmětu.Příkladem takové nekonzervativní síly je tření.Má vždy opačný směr než je směr pohybu předmětu.Vrátí-li se předmět na původní místo nevrátí se mu ztracená energie,ale ztratí ještě další.
Nekonzervativní síly mohou vést k růstu kinetické energie právě tak jako k jejímu ubývání.Toho druhu je např.síla páry působící na píst parního stroje.Rozvod páry je tu proveden tak,že pára vstupující do válce tlačí na píst,jakmile se ale píst vrací,přívod páry se zastavuje a není stejně velký protitlak.
Zákon zachování energie se ocitl v ohrožení.Zdálo se,že bude platit pouze pro konzervativní síly nezávislé na rychlosti.Pokud se omezujeme jen na mechanické úvahy,zákon zachování energie platí jen v několika zvláštních případech,a velmi zřídka v nějakém praktickém problému.
Situace se však úplně změní přijmeme-li fakt,že mechanická energie je jen jednou z mnoha různých forem energie.Například použijeme-li brzd,abychom zastavili vůz a tím spotřebovali jeho kinetickou energii,zjistíme,že v jeho brzdícím ústrojí se vyvinulo teplo.Když nauka o teple byla postavena na kvantifikační základ,takže bylo možné změřit množství tepla,přišlo se na to,
ŽE TEPLO VZNIKLÉ Z URČITÉHO MNOŽSTVÍ MECHANICKÉ ENERGIE JE VŽDY STEJNÉ.
Vysvítá z toho,že mechanická energie se přeměňuje v teplo vždy v určitém poměru.Nazveme-li určitý tepelný ekvivalent mechanické energie energií tepelnou,pak tření nebude energii spotřebovávat,ale bude pouze přeměňovat energii mechanickou na energii tepelnou.Parní stroj naopak mění energii tepelnou na energii mechanickou.Ukazuje se totiž,že je mnohem lehčí měnit energii mechanickou na energii tepelnou než naopak.Existují další formy energií,energie chemická,elektrická atd..Všechny tyto formy energií se dají kvantitativně vyjádřit.Ve všech zkoumaných procesech byla energie vždy v rovnováze.U novějšího vývoje fyziky se setkáme s mnoha dalšími formami energie.Zjistíme,že ani zde se nemusíme vzdát principu zachování energie,ačkoliv narazíme na zvláštní případ,v němž tato otázka může budit určité pochyby.Je tedy velká pravděpodobnost,že zákon zachování energie je univerzálně platný zákon přírody.
Zákon zachování energie ukazuje,že v přírodě jsou důležité konstantní vztahy a že ty určují chování přírody.Např teplo vzniklé z určitého množství mechanické energie JE VŽDY STEJNÉ.To platí i u ostatních forem energie.Nebo u konzervativních sil platí,že součet kinetické a potenciální energie je vždy stejný.
Porovnejme toto chování přírody s chováním systémů.Specielním případem systémů je logický obvod.Je to systém jehož veličiny mají pouze dvě směrodatné hodnoty.U systémů platí,že o jejich chování rozhodují jejich časové invarianty.To jsou také časové intervaly jejich aktivity,v nichž se nemění vztahy mezi jejich veličinami,jsou konstantní.