Глава 9. Энергия

Полная энергия электрона в атоме. Диссимиляция. Дыхание клетки Переносчики атомов водорода Дыхание Гликолиз Строение и работа митохондрий. Цикл Кребса Окислительное фосфорилирование

Энергия - одно из самых важных физических понятий. Любой предмет (или, как говорят физики, любое физическое тело) обладает какой-то энергией. Различают три основных вида энергии:

• потенциальная,

• кинетическая,

• внутренняя.

Кинетической энергией обладает любое движущееся тело. Кинетическая энергия тела массой m, движущегося со скоростью v, равна

Е = mv²/2.

Тело обладает потенциальной энергией, если на него действует какая-то внешняя сила (например, оно притягивается к какому-нибудь телу, либо отталкивается от какого-нибудь тела). Например, потенциальная энергия тела массой m, поднятого над поверхностью земли на высоту h, равна E = mgh (здесь g множитель, учитывающий специфику планеты: для поверхности Луны g = , для Земли g = 9,81 м/с²).

Внутренняя энергия тела - это суммарная кинетическая и потенциальная энергия частиц (например, молекул или атомов), входящих в состав этого тела.

Полная энергия физического тела - это сумма его потенциальной, кинетической и внутренней энергий. Для всех известных современной физике явлений справедлив

Закон сохранения и превращения энергии:

Энергия не исчезает бесследно и не возникает из ничего, а может лишь переходить из одной формы в другую и от одного физического тела к другому.

Р ис. 67

Давайте обсудим конкретный пример полет камня, подброшенного с поверхности Земли вертикально вверх (рис. 67). В момент броска человек, бросающий камень, придает ему начальную скорость V , то есть камень изменяет свою кинетическую энергию от нуля до величины Е = mV²/2. Эту энергию он получает от руки человека, которая приводится в движение мышцами. Другими словами, кинетическая энергия сокращения мышцы (то есть движения ее концов навстречу друг другу) превращается в кинетическую энергию движения руки с зажатым в ней камнем. Затем камень отделяется от руки, унося с собой некоторую часть этой кинетической энергии. Рука после этого тормозится другими мышцами тела, при этом ее кинетическая энергия превращается в тепло (кто не верит, может вспомнить, как согревался в холодную погоду, "дрожа мелкой дрожью", то есть сокращая мышцы своего тела). Брошенный камень летит вверх, при этом его скорость уменьшается, а высота над землей увеличивается (то есть кинетическая энергия камня превращается в потенциальную). В верхней точке траектории кинетическая энергия равна нулю, а потенциальная максимальна. Затем начинается обратное превращение: высота уменьшается, скорость увеличивается. В момент возвращения в точку броска скорость камня равна скорости в момент броска, то есть его кинетическая энергия вернулась к начальному значению, а потенциальная энергия равна нулю. На самом деле последнее утверждения неточно: скорость (и полная энергия) камня немного уменьшилась из-за того, что летящий камень расталкивал молекулы воздуха, передавая им часть своей энергии. Как сказал бы физик, произошла потеря части энергии на трение о воздух.

? Как Вы думаете, откуда взялась кинетическая энергия сокращений мышц? Может быть, она возникла из ничего?