|
|
עמוד:19
2 . 3 קביעת מישור הייחוס לפני שנדגים את יעילותו של חוק שימור האנרגיה המכנית בפתרון בעיות במכניקה , נדון בנקודה חשובה שהתעלמנו ממנה עד כה . כאשר מחשבים את האנרגיה הפוטנציאלית הכובדית , כיצד קובעים את "מישור הייחוס , " כלומר את המישור שממנו מודדים את הגובה / A נניח שאתם שוהים כעת במלון על שפת ים המלח ולומדים מכניקה מתוך חוברת זו ( כדי לפוש מפעילויות אחרות , או כדי להיטיב להירדם . ( ... אתם מניחים את החוברת שמסתה , נניח 0 . 5 , ק"ג , על השולחן ומנסים לחשב את האנרגיה הפוטנציאלית שלה . ואז אתם נתקלים בבעיה הבאה : מהו h שיש להציבו בנוסחה \ U = mgh אם h הוא גובה החוברת מעל רצפת החדר , שהוא נניח 1 , מ , ' אזי , U = 0 . 5 x 9 . 8 x 1 כלומר . U 4 . 9 J = אבל אולי h צריך להיות הגובה מעל רצפת הלובי של המלון , ואז h הוא , נניח 13 , מטרים , ו [/ הוא 63 . 7 ג'אולל ואולי יש להתייחס לגובה פני הים כאל מישור הייחוס , כדי שהגובה של כל הגופים בעולם יימדד מאותו מישור , ואז h הוא 379 מטרים , והאנרגיה הפוטנציאלית תהיה 1857 . 1 ג'אולל התשובה עלולה להפתיע אותך : קביעת מישור הייחוס נעשית בצורה שרירותית . בדוגמא הקודמת אפשר להגדיר את מישור הייחוס כרצפת החדר , או כרצפת הלובי , או כגובה פני הים , או כל מקום אחר . אתה עשוי לשאול : "איך זה יתכן ? הרי פירוש הדבר שהאנרגיה הפוטנציאלית של גוף מסוים , במצב מסוים , יכולה להיות כל מספר שהוא " ! ובכן , התשובה היא שבכל בעיה שאתה פותר , עליך לקבוע מישור ייחוס מסוים , ולהיצמד אליו . בדרך כלל יעסיקו אותנו השינויים באנרגיה הפוטנציאלית , ואז קביעת מישור הייחוס אינה משנה את התשובה . אבל אם השאלה היא בפשטות : "מהי האנרגיה הפוטנציאלית של ... ל , " יש לציין מהו מישור הייחוס שקבעת . יש בפיסיקה גדלים נוספים שנמדדים ביחס לרמת אפס , הנקבעת באופן שרירותי . הטמפרטורה היא דוגמא לגודל כזה . בפרק 3 נראה כי בסולם צלזיוס האפס נקבע , באופן שרירותי , כנקודת הקיפאון של המים . הטמפרטורה הנמוכה ביותר שאפשר להגיע אליה ( האפס המוחלט ) היא 273 מעלות צלזיוס . בסולם של קלווין , לעומת זאת , האפס נקבע באפס המוחלט , בעוד שהמרווח ( גודל המעלה ) זהה לזה של צלזיוס . לכן , בסולם קלווין המים קופאים ב 273 מעלות . ההגדרה הזו היא שימושית מאוד , כאשר רוצים לבדוק אם כוח מסוים הוא כוח משמר או לא . חשוב על החיכוך . כאשר מסיעים גוף שפועל עליו חיכוך במסלול סגור , העבודה הכוללת ודאי אינה אפס ! לכן החיכוך אינו כוח משמר . אפשר לומר בצורה ציורית , כי את העבודה שנעשית כנגד כוח משמר , כאשר גוף מוסע מ ^ , B ~> אפשר "לקבל בחזרה" כאשר הגוף חוזר k > . A ^ B למשל , כאשר מגלגלים אבן במעלה המדרון , כנגד כוח הכובד , האבן יכולה לעשות עבודה כאשר היא חוזרת ומתגלגלת למטה . את העבודה שעושים כנגד החיכוך , לעומת זאת , לעולם אי אפשר לקבל בחזרה . את חוק שימור האנרגיה המכנית אפשר לנסח גם כך כאשר כל הכוחות הפועלים על גוף הם כוחות משמרים , האנרגיה המכנית הכוללת שלו , נשמרת קבועה , כלומר : E = K + U = const ( זו הגדרה כללית יותר מאשר הקודמת , כי היא מדבר באופן כללי על כוחות משמרים , ולא רק על כוח הכובד ( .
|
|