2002-11-23 00:53:21感覺有角
能量的觀念(一)
『能量』這是一個令人困惑的名詞。若翻開科技辭典一查,能量的定義會是什麼呢?能量(Energy):物體做功的能力。一看到這個定義時,會讓不少人傻眼。啥是做功?為何作功的能力就稱能量?這個定義與我們日常生活中的感覺似乎不太相同。我們會常說:『今天好累,我想好好吃ㄧ頓飯,來補充我的能量。』這感覺上似乎,能量就好像汽油一樣,是個會用完的東西,然而這句話所蘊含的東西,與我們在學門上所說的能量意涵相關在何處?在日常生活中,我們感覺的到能量這個東西嗎?它的本質又是什麼呢?以下將以我所學到,看到的東西,來詮釋一下能量的觀念。
其實,要懂得能量的觀念,最好的做法,是先來談談能量守恆定理。能量給它個定義,我們可以說:『能量是一個跟物體或多個物體狀態有關的純量。』物理學家拿一些觀測數據拿來算一算在某些情況下,我們觀察系統的狀態的變化,在先前,去計算這些稱為能量的純量可以的到一個數值,當狀態再度變成另一個狀態時,我們在去計算這個量,這個量值是不會有所改變的。這個現象即為能量守恆。其實它只是一條數學原理。根據這個現象,我們可以對一個正在運動的物體定義一個能Ek=1/2mV^2,稱為物體的動能,這個純量,會與其運動的速度V有關係,物體的運動速度越快,則其動能會越快。
若觀察一個物體的運動情形由V=u→V=2u,根據定義Ek=1/2mV^2,若設V=u時的動能為K則,速度變兩倍時動能會變成4K。我們可以發現,物體的動能增加了,也就是說:『物體的到了一些能量』。我們此時可以定義這個現象,為對一個物體作功。所以我們定義:『對體移入或移出能量的過程,稱為做功』,其中,這些移入,或移出的能量,我們稱為物體得到(或失去)的能量。而如果我們再觀察一個式子:V2^2=V1^2+ad(在學運動學時可以由等加速度的現象導出的公式),若加以變換一下,可以得到:1/2mV1^1=1/2mV2^2+mad→Ek2=Ek1+mad由牛頓第二運動定律,我們可以知道F=ma,加上做功的定義,我們可以發現到,功的定義為W=F。d(力與位移作內積的原因是因為,只有沿運動方向的力才會造成物體的速度變快。)
談到這裡,那在字典查到的那個定義又是什麼呢?答案很簡單,既然做功的地定義是移入或移出能力,又物體得運動狀態大多是不斷改變的,所以我們可以廣泛而直接的說,所謂的能量,就是做功的能力,即物體有多少稱為能量的純量可以供移入或移出。
其實,要懂得能量的觀念,最好的做法,是先來談談能量守恆定理。能量給它個定義,我們可以說:『能量是一個跟物體或多個物體狀態有關的純量。』物理學家拿一些觀測數據拿來算一算在某些情況下,我們觀察系統的狀態的變化,在先前,去計算這些稱為能量的純量可以的到一個數值,當狀態再度變成另一個狀態時,我們在去計算這個量,這個量值是不會有所改變的。這個現象即為能量守恆。其實它只是一條數學原理。根據這個現象,我們可以對一個正在運動的物體定義一個能Ek=1/2mV^2,稱為物體的動能,這個純量,會與其運動的速度V有關係,物體的運動速度越快,則其動能會越快。
若觀察一個物體的運動情形由V=u→V=2u,根據定義Ek=1/2mV^2,若設V=u時的動能為K則,速度變兩倍時動能會變成4K。我們可以發現,物體的動能增加了,也就是說:『物體的到了一些能量』。我們此時可以定義這個現象,為對一個物體作功。所以我們定義:『對體移入或移出能量的過程,稱為做功』,其中,這些移入,或移出的能量,我們稱為物體得到(或失去)的能量。而如果我們再觀察一個式子:V2^2=V1^2+ad(在學運動學時可以由等加速度的現象導出的公式),若加以變換一下,可以得到:1/2mV1^1=1/2mV2^2+mad→Ek2=Ek1+mad由牛頓第二運動定律,我們可以知道F=ma,加上做功的定義,我們可以發現到,功的定義為W=F。d(力與位移作內積的原因是因為,只有沿運動方向的力才會造成物體的速度變快。)
談到這裡,那在字典查到的那個定義又是什麼呢?答案很簡單,既然做功的地定義是移入或移出能力,又物體得運動狀態大多是不斷改變的,所以我們可以廣泛而直接的說,所謂的能量,就是做功的能力,即物體有多少稱為能量的純量可以供移入或移出。