Собственно, все это мы уже проговаривали на протяжении нескольких статей, теперь просто сведем все вместе.
Для начала надо сказать, что закон сохранения энергии – это не классическая физика. Это новодел. Не особо учитывающий физику процессов, исключительно математическое описание неких представлений неких физиков.
1. Закон сохранения энергии, конечно, фундаментальный, но с конкретной оговоркой. А именно, энергия сохраняется исключительно в замкнутых системах. А замкнутых систем не бывает. В открытом космосе на объект, вполне возможно, что некоторое время может и ничего существенного и не воздействовать, но это не на долго. Позиционируется, что энергия ниоткуда не берется, но это не правда. Чтоб возникло некоторое движение где-то вначале должны быть приложены силы. Далее объект гарантированно где-то встретит газопылевое облако, попадет в чье-нибудь гравитационное поле.
Но, дело даже не в этом. Дело в том, что закон гласит о том, что энергия в системе до какого-то взаимодействия равна энергии после него. А что такое взаимодействие? Правильно, это действие на что-нибудь с силой и получение обратной силы по третьему закону Ньютона. Другими словами, система автоматом во время этого взаимодействия перестает быть замкнутой.
Когда тело в системе движется четко перпендикулярно наблюдателю слева направо и имеет некоторую скорость, для другого наблюдателя, не совсем перпендикулярного это же тело будет двигаться с несколько меньшей скоростью.
Какой наблюдатель будет иметь больше прав, чтоб сохранить свое количество энергии?
Или, любимая фишка Эйнштейна. Пусть в нашей системе шарик массой 10 кг налетает на неподвижный шарик массой 2кг со скоростью 3м/с. Ну, после столкновения, перераспределившаяся энергия останется в тех же пределах, 45Дж.
С точки зрения большого шара, на него налетает маленький шар со скоростью 3м/с, а после улетает со скоростью 3м/с. Энергии в системе 9Дж.
Как-то, в разных системах одно и то же действие и движение дает не тому, у кого было на самом деле, и энергии сохранится разное кол-во. А при неупругом столкновении – вся энергия перейдет в другие виды энергии. Вместе с импульсом.
2. В незамкнутых системах, тем более, ни о каком сохранении речь вообще идти не может, поскольку даже без грубого взаимодействия импульс и, соответственно, энергия будут затухать вследствие сил трения сопротивления воздуху, и прочь. Любой пнутый объект со временем остановится. Это экспериментальный факт.
Речь может идти только о перераспределении импульса, имеющегося на момент столкновения. То есть, после столкновения импульс перераспределиться между двумя сталкивающимися объектами в том же размере, в котором был до столкновения, но и то, на очень короткое время. Потом тоже затухнет.
3. Процессы, происходящие параллельно на микроуровне, в формулах сохранения энергии вообще никак не учитываются. Хотя говорят, что при неупругом столкновении энергия не сохраняется, поскольку переходит в другие виды. Никуда она не переходит. Просто у, шара с большей массой, но меньшей скоростью энергии априори насчитывается меньше.
4. Часто при столкновениях энергию передают. Энергия – это расчетная величина. А конкретно, перерасчет работы на полученную в конце концов скорость. Понятия об энергии в системе этот перерасчет не дает никакого. Поскольку объект, например, может быть машиной, которая до столкновения проехала 10км, все время затрачивая бензин на поддержание постоянной скорости. То есть, потери энергии во время движения на 10км будут сильно отличаться от потерь энергии при поездке на расстояние 1км. А на энергию мы пересчитаем только конкретную скорость. И сохраним, естественно, тоже только то, что удалось пересчитать.
Энергия – это Джоули. То есть, кг*м^2/с^2. И передать ее можно только этими Джоулями. То есть, вместе с массой. А если что-то передать вместе с массой, то это уже будет неупругое столкновение. А Джоули без массы – это уже не энергия. Поэтому, собственно, передать энергию невозможно, можно ее только пересчитать на массу нового объекта.
В столкновениях работает исключительно импульс, скорость которого вследствие быстроты взаимодействия превращается в ускорение (пнутое тело под воздействием этой силы почти мгновенно изменяет скорость от нуля до каких-то цифр). И мы приводили пример, когда одинаковое количество энергии может передать на незадачливую голову маленький порционный пакетик сахара с высоты двухэтажного дома, и пакет сахара массой в 1кг с высоты в пару сантиметров. Ощущения, поверьте, будут разными, поскольку импульс при этом у пакета с сахаром окажется больше.
5. Отличие передачи импульса от передачи энергии.
Собственно, при упругом столкновении импульс тоже нельзя передать по той же причине присутствия там массы (кг*м/с). Но он работает как сила, где немалую роль играет скорость. И при одинаковом импульсе, но разной скорости налетающих объектов, последствия для того, на кого налетают будут более плачевны тогда, когда скорость больше.
Другими словами, есть очень большая разница чего «передавать».
И только в одном случае можно безбоязненно пересчитывать и одно и другое. Это при воздействии определенной массы на точно такую же массу.
6. Про, собственно, упругость.
Тут некоторые, после того, как при пересчете по формуле из учебника при столкновении большого шара с маленьким получаются немыслимые скорости у маленьких шаров, начинают делать упор на коэффициент упругости. В том смысле, что получается двойной эффект. Упругость в данных формулах вообще никак не фигурирует. Какие бы вы материалы не использовали, при расчете скорость получится такая какая получится для шаров абстрактной упругости.
А мы рекомендуем провести опыт. Запаситесь несколькими шариками, мячиками, в том числе железным. Можно батон вареной колбасы взять. Тоже довольно упругая вещь. И поднимая их на уровень груди, отпускайте в свободное падение. Ни один из предметов на начальную высоту не подпрыгнет. Это кстати, и про потенциальную энергию отчасти. На первоначальную высоту наши предметы подпрыгивать не будут по причине того, что при падении на них действует гравитационное ускорение Земли (g), а при отскоке, для подъема против сил гравитации, необходимо иметь как минимум 2g. То есть, нет никакого двойного эффекта от сил упругости. Иначе, они подпрыгивали бы на ту же высоту, с которой их отпускали. Хотя высота отскока у всех предметов и будет разной, как раз, в зависимости от их упругости. Но, в применяемой для расчета упругого столкновения формуле, ничего такого не учитывается. Большая скорость там берется исключительно из попытки уравнять энергию и импульс.
7. Кинетическая и потенциальная энергии.
Собственно, потенциальная энергия, а может и импульс, которые равны кинетической энергии, будут наблюдаться у маятника и пружины. У маятника второе g компенсируется нитью. Пружина, при применении большей силы, чем заложено в ее технических характеристиках теряет свои упругие свойства и потенциальную энергию заодно. У многих других объектов потенциальной энергии не наблюдается, или она не равна кинетической.
8. Про полную энергию частицы.
Полная энергия частицы никак не учитывает кинетическую энергию, а заодно и импульс. Поэтому нам совершенно не нужны ускорители. Достаточно даже на небольших скоростях передать внутреннюю энергию одной частицы другой частице, и она получит бешеную скорость, согласно расчетам. Правда, при этом опять получаются только неупругие столкновения, поскольку передать Джоули без массы нельзя. Особенно, учитывая заявления о том, что масса это и есть энергия, ничего не мешает получать частицы любой заданной массы. Закрепляете, например, протон в электромагнитном поле и из электронной пушки начинаете его шпиговать энергией электронов. Можно из протонной пушки энергией протонов. Пока не треснет.
Ну, и импульс кроме того, что не учитывается, если учитывать – не сохраняется. И даже заметно возрастает.
Таким образом, фундаментальный закон сохранения энергии вовсе не фундаментальный и вообще не закон физики. Наукообразная мантра математиков. Попытка примазаться к закону сохранения массы.
P/S: Предпраздничное предупреждение. Для тех, кто думает, что энергия ниоткуда не берется и никуда не девается. И это означает, что энергии во Вселенной ограниченное количество. Как массы. Вот прилетел к нам метеорит, значит там, откуда этот метеорит – уже нет метеорита. Он там в другие виды массы не перешел. Его там попросту нет.
Энергия связанна с движением. А это означает, что если Вы что-то разогнали, то где-то что-то остановилось. (Лишь бы не Луна). То есть, движения как таковое, тоже ограниченно и ниоткуда лишнее не берется.
Или Солнце. Пока оно нагревалось до температуры 5000К – это означает, что где-то что-то до – 5000К остывало. То есть, это не то, что оно одновременно с тем что греет само остывает. Это – само собой. Это уже «близкое» перераспределение. Другими словами, если где-то частицы очень быстро задвигались, то в другом месте у них на это энергии уже нет. И живите теперь с этим.