Помогите разобраться в законе сохранения энергии.

[Mikhail_K]

Rain! в сообщении #1180051 писал(а):

Их потенциальные энергии одинаковы? Думаю, что да. В обеих случаях они равны нулю.

Вот это неправда.
Чтобы вообще говорить о потенциальной энергии, нам надо вначале задать какой-то нулевой уровень.
И либо уж это будет уровень моря, либо возвышенного плато. Можно его задать и так и так.
В первом случае потенциальная энергия первой гири равна нулю, второй положительна.
Во втором случае потенциальная энергия первой гири отрицательна, второй равна нулю.
В любом случае эти потенциальные энергии не равны, и разность между ними одна и та же.
А пока мы не задали нулевой уровень, говорить о потенциальной энергии вообще не можем.

Можно это ещё понимать так: само по себе значение потенциальной энергии не имеет физического смысла и может быть вообще каким угодно в зависимости от произвольно выбираемого нулевого уровня.
Но вот разности потенциальных энергий уже имеют физический смысл.

[Rain!]

Aritaborian в сообщении #1180076 писал(а):

Rain! в сообщении #1180051 писал(а):

Что-то здесь не так...

Вот-вот. Подумайте, что именно не так и почему.

Здесь вариантов не много. Находясь на одном уровне, одинаковые гири должны иметь одинаковую п. энергию, поэтому выходит, что либо изначально она была разной, либо не увеличилась при перемещении.

-- 26.12.2016, 10:10 --

Mikhail_K в сообщении #1180088 писал(а):

Rain! в сообщении #1180051 писал(а):

Их потенциальные энергии одинаковы? Думаю, что да. В обеих случаях они равны нулю.

Можно это ещё понимать так: само по себе значение потенциальной энергии не имеет физического смысла и может быть вообще каким угодно в зависимости от произвольно выбираемого нулевого уровня.
Но вот разности потенциальных энергий уже имеют физический смысл.

Мне больше всего нравится этот вариант, как самый логичный. При движении трамвая по горизонтали (хотелось бы уже к нему вернуться) энергия тратится на преодоление сил трения и инерции, при подъёме - тратится дополнительная э. на преодолении гравитации.
Но как же быть с трамваем? Давайте вначале разберём движение по горизонтали, сколько при этом выделится тепла? Я считаю, что столько же, сколько и затрачено. Я не прав?

-- 26.12.2016, 10:17 --

realeugene в сообщении #1180082 писал(а):

Rain! в сообщении #1180073 писал(а):

Т.е. тепло вторично по отношению к работе.

А в паровозе наоборот. Вам не кажется это странным?

Я источник э. сейчас не рассматриваю, электричество тоже могло где-то из тепла быть сгенерировано.

[realeugene]

Rain! в сообщении #1180160 писал(а):

Я источник э. сейчас не рассматриваю, электричество тоже могло где-то из тепла быть сгенерировано.

Но вы упоминали про "вторичность" тепла. Нет такого понятия в физике.

Rain! в сообщении #1180160 писал(а):

Давайте вначале разберём движение по горизонтали, сколько при этом выделится тепла? Я считаю, что столько же, сколько и затрачено. Я не прав?

А сколько "затрачено"?
Сначала трамвай разгоняется, потребляет от сети электроэнергию, но и греется. Тепла при этом выделяется гораздо меньше, чем затрачено электроэнергии за время его разгона. Потом трамвай тормозит двигателем. Электроэнергия возвращается в сеть. Часть электроэнергии в этом процессе теряется, т. е. в сеть возвращается меньше электроэнергии, чем было затрачено на разгон трамвая. О тепле можно сказать только то, что трамвай отдаст в окружающее пространство в качестве тепла всю энергию, которую он получил от окружающих тел, и которая не перешла в иные формы энергии. В этом и состоит смысл закона сохранения энергии в отношении тепла: тепло при теплопередаче есть один из путей передачи энергии между телами. В сумме, если учесть все пути передачи энергии от тела и аккуратно посчитать внутреннюю энергию тел, то баланс энергии должен сойтись точно, энергия не должна появляться непонятно откуда и не должна исчезать неизвестно куда. При этом правильный учёт тепла при теплопередаче прост в школьных случаях, но может быть сложен в более продвинутых случаях. И заведомо не сводится к вашему представлению, что всё переходит в тепло, так как это неточно по ряду причин.

[DimaM]

Rain! в сообщении #1180160 писал(а):

При движении трамвая по горизонтали (хотелось бы уже к нему вернуться) энергия тратится на преодоление сил трения и инерции

Что еще за силы инерции, и зачем для их преодоления нужна энергия?

[Rain!]

realeugene в сообщении #1180182 писал(а):

Но вы упоминали про "вторичность" тепла. Нет такого понятия в физике.

Тепло - следствие произведённой работы, в этом смысле.

Rain! в сообщении #1180160 писал(а):

А сколько "затрачено"?
Сначала трамвай разгоняется, потребляет от сети электроэнергию, но и греется. Тепла при этом выделяется гораздо меньше, чем затрачено электроэнергии за время его разгона. Потом трамвай тормозит двигателем. Электроэнергия возвращается в сеть. Часть электроэнергии в этом процессе теряется, т. е. в сеть возвращается меньше электроэнергии, чем было затрачено на разгон трамвая.

Давайте упростим, трамвай без рекуперации эл.энергии. Т.е. трамвай разогнался и затормозил. Затрачено 10 кВт.ч эл.энергии. Я предполагаю, что ровно столько же тепла и будет выделено в процессе движения и торможения. Нет?

Цитата:

И заведомо не сводится к вашему представлению, что всё переходит в тепло, так как это неточно по ряду причин.

Как будет обстоять дело с выделением тепла в вышеприведённом примере?

-- 26.12.2016, 22:49 --

DimaM в сообщении #1180184 писал(а):

Rain! в сообщении #1180160 писал(а):

При движении трамвая по горизонтали (хотелось бы уже к нему вернуться) энергия тратится на преодоление сил трения и инерции

Что еще за силы инерции, и зачем для их преодоления нужна энергия?

Силы инерции в классическом ньютоновском смысле - для того, чтоб придать ускорение телу, необходимо приложить к нему силу, тем большую, чем больше его масса. Вас удивляет этот термин?

[Someone]

Rain! в сообщении #1180288 писал(а):

Силы инерции в классическом ньютоновском смысле - для того, чтоб придать ускорение телу, необходимо приложить к нему силу, тем большую, чем больше его масса. Вас удивляет этот термин?

Ага. У Ньютона его нет. В научной и учебной литературе — тоже.

[Anton_Peplov]

Термин-то в учебной литературе встречается, но означает совсем другое (слагаемое, которое появляется во втором законе Ньютона, если система отсчета не инерциальна).

[Someone]

Ну да, по отношению к неинерциальным системам отсчёта употребляется. "Силы инерции" от "настоящих" сил отличаются тем, что одинаково действуют на все "точечные" тела независимо от массы. И вводятся для того, чтобы запись второго закона Ньютона формально выглядела так же, как в инерциальной системе отсчёта. Но это явно совсем не то, что хочет Rain!. Именно о его "силах инерции" я и говорил.

[Aritaborian]

Пусть Rain! для начала как следует усвоит суть потенциальной энергии, к коей я хотел было постепенно подвести его, но которую беспощадно обрушил на него уважаемый Mikhail_K.

[Rain!]

Someone в сообщении #1180317 писал(а):

Rain! в сообщении #1180288 писал(а):

Силы инерции в классическом ньютоновском смысле - для того, чтоб придать ускорение телу, необходимо приложить к нему силу, тем большую, чем больше его масса. Вас удивляет этот термин?

Ага. У Ньютона его нет. В научной и учебной литературе — тоже.

Есть этот термин у Ньютона.
Понятие было введено Ньютоном в его «Математических началах натуральной философии»[26]: «Врождённая сила материи есть присущая ей способность сопротивления, по которой всякое отдельно взятое тело, поскольку оно предоставлено самому себе, удерживает своё состояние покоя или равномерного прямолинейного движения. От инерции материи происходит, что всякое тело лишь с трудом выводится из своего покоя или движения. Поэтому врожденная сила могла бы быть весьма вразумительно названа силою инерции. Эта сила проявляется телом единственно лишь, когда другая сила, к нему приложенная, производит изменение в его состоянии. Проявление этой силы может быть рассматриваемо двояко — и как сопротивление, и как напор.»

Хайкин, Семён Эммануилович. Силы инерции и невесомость. М.,1967 г. Издательство «Наука». Главная редакция физико-математической литературы.
https://ru.wikipedia.org/wiki/Сила_инерции

-- 27.12.2016, 01:44 --

Aritaborian в сообщении #1180326 писал(а):

Пусть Rain! для начала как следует усвоит суть потенциальной энергии, к коей я хотел было постепенно подвести его, но которую беспощадно обрушил на него уважаемый Mikhail_K.

Готов это сделать с вашей помощью. Пока что я, после поста Mikhail_K, где п.энергия 1 гири была названа "отрицательной", пришёл к выводу, что это вообще условная величина, ибо как может энергия быть отрицательной??? Приходит в голову масса парадоксов. Вот, например, лежит гиря на земле. П.энергия её равна нулю. Но вдруг оказывается, что рядом находится хорошо замаскированный колодец, в которую гирю можно скинуть. Гиря сразу приобретает п.энергию? Что это за энергия, которая зависит от нашего знания, есть рядом колодец или нет? Энергия, по моему, должна каким то образом объективно выражаться в изменении состояния тела. А таковыми состояниями могут быть только скорость и температура (больше просто ничего в голову не приходит). П.энергия моей гири это даже, скорей, не её свойство, а гравитации. Тогда за нулевую отметку следует брать центр масс Земли и вычислять п.энергию исходя из расстояния до него.

[Someone]

Rain! в сообщении #1180335 писал(а):

Есть этот термин у Ньютона.

Замечательно. Упоминает, хотя и в сослагательном наклонении. А теперь укажите, где именно Ньютон эту силу употребляет. В каких рассуждениях и расчётах, помимо данного комментария. Потому что данный комментарий — это некоторая философия. А нас интересует физика.

[Aritaborian]

Rain! в сообщении #1180335 писал(а):

пришёл к выводу, что это вообще условная величина

К верному выводу. Если под этим выводом мы понимаем одно и тоже, а именно: физический смысл имеет именно разница значений потенциальной энергии в различных точках (пространства и времени). Мне казалось, что Mikhail_K всё разжевал для вас так замечательно, что осталось лишь проглотить и переварить, но...
Во-первых, не условная, а относительная (так более правильно говорить).
Во-вторых, никаких парадоксов нет, просто нужно всё правильно понять.
В-третьих и далее. Будем разбираться с потенциальной энергией (далее — $U$) кирпича, лежащего на земле или на крыше на небольшом расстоянии от плоской (в данном случае это не шутка, а физическое приближение) земли, прочие тонкости оставим. Примем как данность формулу $U=mgh$. Здесь нам известны $m=\operatorname{const}$ и $g=\operatorname{const}$: масса кирпича неизменна, ускорение свободного падения неизменно и направлено вниз (вот если бы мы рассматривали падение кирпича из космоса или в колодец к центру Земли, были бы другие пироги...). Остаётся $h$ и именно с пониманием этого $h$ у нас проблемы.
Итак, что же такое $h$? Это расстояние по вертикали между кирпичом и некоторой точкой, принимаемой в данной конкретной задаче за точку отсчёта. Точка эта может быть выбрана произвольно (!). Это может быть уровень земной поверхности, это может быть уровень крыши, это может быть даже вершина вышки сотовой связи на крыше. Главное то, что точка эта зафиксирована и в любой момент времени нам известно расстояние между ней и кирпичом по вертикали. Всё. Теперь мы можем применить формулу $U=mgh$ и не стесняясь смотреть на то, что получилось.
Если кирпич лежит на земле и за точку отсчёта мы приняли уровень земной поверхности, $U=0$.
Если кирпич лежит на крыше и за точку отсчёта мы приняли уровень земной поверхности, $U>0$.
Если кирпич лежит на крыше и за точку отсчёта мы приняли уровень крыши, $U=0$.
Если кирпич упал кому-то на голову на землю, а за точку отсчёта мы приняли уровень крыши, $U<0$ и в этом нет ничего страшного (ежели, конечно, кирпич и в самом деле не упал кому-то на голову)!
Важно изменение $U$ относительно произвольно выбранной и зафиксированной точки отсчёта. Мы подбрасываем кирпич — $U$ увеличивается. Кирпич падает — $U$ уменьшается.
Вам стоило бы прорешать десяток-другой задач на эту тему и всё в голове уложится.

(Остальным)

Прошу:
а) порекомендовать ТС задачник;
б) попинать меня сапогами насчёт того, хорошо ли я объяснил. Я неплохо умею оказывать чисто техническую помощь ну и математику объяснять. С объяснятельством по физике у меня туговато; вот, постарался как-то.

[realeugene]

Rain! в сообщении #1180288 писал(а):

Давайте упростим, трамвай без рекуперации эл.энергии. Т.е. трамвай разогнался и затормозил. Затрачено 10 кВт.ч эл.энергии. Я предполагаю, что ровно столько же тепла и будет выделено в процессе движения и торможения. Нет?

"Да", но с оговорками. С практической точки зрения выделится столько же тепла. В пределах ваших технических возможностей измерения. Но если вы начинаете рассуждать о точном равенстве, а закон сохранения энергии - это точное равенство, то оговорки неизбежны. Вы старательно убрали в условиях иные пути преобразования энергии, написав, что трамвай двигается строго горизонтально и нет рекуперации энергии. Убрали, но не совсем, так как для точного равенства нужно ещё постулировать, как минимум, и отсутствие износа деталей трамвая, и отсутствие протекания химических реакций, вроде коррозии корпуса трамвая. Кроме того, а как вообще измерить "количество тепла"? Это можно сделать точно только в идеальном калориметре, поддерживающем температуру трамвая постоянной и отбирающим лишнюю энергию от трамвая посредством теплопередачи. В иных условиях понятие "количество тепла" вообще перестаёт быть точно и корректно определённым. Но как вы себе представляете трамвай в калориметре?

[Aritaborian]

(Оффтоп)

realeugene в сообщении #1180397 писал(а):

и отсутствие износа деталей трамвая, и отсутствие протекания химических реакций, вроде коррозии корпуса трамвая.

И плеск гиппопо в Лимпопо.

[realeugene]

(Оффтоп)

Aritaborian в сообщении #1180398 писал(а):

И плеск гиппопо в Лимпопо.

Вот это тут не нужно, так как в ОТО локального закона сохранения энергии всё равно нет.