§ 96. Энергия
Простые
машины обладают способностью совершать работу, но не могут «запасать» эту
способность, так как одновременно с тем, как они получают ее на одном конце,
они отдают ее на другом. Однако во многих случаях тела могут накоплять «про
запас» способность совершать работу. Можно строить специальные механизмы,
способные запасти работу, а затем отдать ее. Типичным примером является гиревой
завод стенных часов (рис. 163). Подтягивая гирю вверх, мы совершаем некоторую
работу. В результате часовой механизм получает способность совершать в течение
длительного времени работу, необходимую для хода часов, т. е. для поддержания
движения всех колес, стрелок и маятника, испытывающих сопротивление движению,
вызванное трением. По мере хода часов гиря постепенно опускается и запас
работоспособности механизма уменьшается. Через некоторое время понадобится
снова завести часы, т. е. вновь сделать их способными к совершению работы,
требующейся для их хода. При заводе часов гиревой механизм накапливает
способность производить работу; по мере хода часов способность производить
работу расходуется. Поднимая груз, мы запасаем работу; опускаясь, груз способен
производить работу.
Рис. 163.
Поднятая гиря обладает запасом работы, который постепенно расходуется на
поддержание хода часов.
В
теле можно «запасать работу» не только путем поднятия тела на некоторую высоту.
Деформируя тело, например, сжимая или растягивая пружину, мы производим работу;
в результате деформированное тело получает способность совершать работу. Работу
совершает «заведенная», т. е. деформированная, пружина ручных или карманных
часов, «пружинный двигатель» заводных игрушек и т. д.
Сообщая
скорость какому-либо телу, также приходится затрачивать работу; в результате
тело приобретает способность совершать работу, уменьшая свою скорость.
Например, при составлении поездов маневровый тепловоз толкает вагон к составу;
останавливаясь, вагон сжимает пружины буферов; пуля, попадающая в препятствие,
производит работу, разрушая материал, и т. д.
Во
всех разобранных случаях работа производится при изменении состояния тела: при опускании
груза» при раскручивании пружины, при остановке движущегося тела. Пока эти
изменения еще не наступили, работа не произведена; в теле имеется некоторый
запас еще не совершенной работы. При совершении работы этот запас расходуется.
Производя же работу над телом: поднимая его вверх, деформируя его, сообщая ему
скорость,— мы сообщаем ему запас работы, который в дальнейшем можно
использовать, возвращая тело в исходное состояние.
Запас
работы, которую может совершить тело, изменяя свое состояние, называют энергией.
К
механическим видам энергии относятся: энергия, связанная с поднятием тела над
землей (и вообще энергия, связанная с силами всемирного тяготения), энергия,
связанная с деформациями тела, и энергия, связанная с движением тела.
Изменение
энергии определяется той работой, которую надо совершить, чтобы вызвать это
изменение. Следовательно, измерять энергию следует в тех же единицах, в которых
измеряют работу, т, е. в джоулях.
