Значение энергии? Основной физический принцип, объясненный Партом Г.

Энергия — чрезвычайно важное понятие во всей физике. Оно используется повсеместно для описания поведения различных систем. Но что же такое энергия в первую очередь? Каково значение энергии?

На этот сложный вопрос можно дать несколько различных объяснений. Я предпочитаю считать, что энергия — это математическое понятие, используемое для описания поведения различных систем и происходящих явлений. Мы можем рассматривать её как математическую величину, которую мы присваиваем всему, что имеет отношение к изучаемому нами объекту. Затем передача энергии (то есть из одной формы в другую или из одного места в другое) происходит таким образом, что подчиняется закону сохранения энергии. Это позволяет нам предсказать, как наша система будет вести себя с течением времени.

Хотя мы говорим о присвоении значений энергии различным частям нашей системы, это не означает, что мы можем присваивать любые значения энергии случайным образом. Эти значения энергии тщательно рассчитываются, чтобы соответствовать поведению всего окружающего нас мира. Например, объект с определённой массой, движущийся с определённой скоростью, будет иметь вполне определённое значение кинетической энергии, зависящее от его массы и скорости.

Судя по всем проведённым нами экспериментам, закон сохранения энергии, по-видимому, выполняется исключительно хорошо. Поэтому мы можем использовать его для прогнозирования переноса энергии в нашей системе, а также для прогнозирования того, как он повлияет на различные её части. Примечательно, что система может быть как очень маленькой, так и такой же большой, как вся наша Вселенная.

Другой способ представить энергию — это рассматривать её как физическое свойство, которым обладают объекты. Например, движущийся автомобиль ОБЛАДАЕТ кинетической энергией (а не как математически заданная величина). Это вполне разумный подход, но если его не понимать, он может привести к некоторым заблуждениям. Например, исходя из этого описания, легко подумать, что энергия — это некая «вещество», способное перетекать от одного объекта к другому, почти как жидкость. И действительно, давным-давно учёные считали тепло (форму потока энергии) жидкостью. Однако сама энергия не является жидкостью и не имеет формы, как другие «вещества». Её можно рассматривать как «перетекание» от одного объекта к другому или переход в другой тип энергии (например, гравитационная потенциальная энергия преобразуется в кинетическую энергию при падении объекта на Землю).

Наконец, распространённое определение энергии заключается в том, что это способность совершать работу (сила, умноженная на расстояние). Но часто многословные определения работы формулируются через энергию. Это может привести к порочному кругу, и если вы не совсем понимаете хотя бы один из этих терминов, то эти определения бесполезны.

В конечном счёте, однако, причина, по которой понятие энергии так полезно, заключается в законе сохранения. Энергия не может быть создана или уничтожена, она только передаётся из одного места в другое или из одного вида в другой. Практически неважно, что такое энергия.

В этом видео мы также обсуждаем, почему некоторые формы энергии (например, потенциальная энергия) кажутся не более чем уловкой, чтобы математически всё уладить. «Запасённая энергия», позволяющая чему-то происходить в будущем, может легко показаться чем-то неисправным. Однако это показывает, насколько проблематично рассматривать потенциальную энергию как «запасённую энергию» или как «вещество». Более того, все объекты, которые мы когда-либо изучали до сих пор, ведут себя, по-видимому, согласованно друг с другом с точки зрения потенциальной энергии. Дело в том, что это значение энергии, которое мы присваиваем объектам, точно предсказывает их поведение при потере определённого количества потенциальной энергии — во всех системах!

Несколько интересных статей (хотя я не со всем в них согласен):

https://www.researchgate.net/publicat...
https://science.sciencemag.org/conten...
https://en.wikipedia.org/wiki/Energy

Многие из вас спрашивали о том, что я использую для создания своих видео, поэтому я публикую здесь партнёрские ссылки! Я получаю небольшую комиссию, если вы совершаете покупку по этим ссылкам. Книга по квантовой физике, которая мне нравится: https://amzn.to/3sxLlgL
Моя камера (Sony A6400): https://amzn.to/2SjZzWq
Нейтральный фильтр: https://amzn.to/3qoGwHk
Микрофон и стойка (Fifine): https://amzn.to/2OwyWvt
Штатив Gorillapod: https://amzn.to/3wQ0L2Q

Большое спасибо за просмотр! Загляните, пожалуйста, в мои соцсети:
Instagram — @parthvlogs
Patreon — patreon.com/parthg
Музыкальный канал — Parth G's Shenanigans
Товары — https://parth-gs-merch-stand.creator-...

Тайм-коды:
0:00 — Энергия: важнейшая концепция физики
0:35 — Полезная математическая концепция Присвоение энергии системе и составление прогнозов с её помощью
1:47 - Можно ли присвоить любое случайное значение энергии?
2:54...