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弹簧溶化能量去向,趣味力学揭秘

时间:2023-11-26 理论教育 版权反馈
【摘要】:我们的认为是错误的,事实上弹簧的能量并没有消失掉。换句话说,弯曲后的弹簧平均应力是1 千克力。图8-17溶解被弯曲的弹簧的实验实验证明,受张力弹簧的耐腐蚀程度要比没有张力的弹簧高。所以,能量守恒定律还是对的,弯曲弹簧的能量,其中一部分转换成了化学能,另一部分转换成了弹簧弹开的动能。否则就是得到的能量大于耗费的能量,这是对能量守恒定律的破坏。

弹簧溶化能量去向,趣味力学揭秘

一个钢板弹簧被我们用力弯曲,它就会把我们做的功转化为自己的势能。假如再用它去举起沉重的物体,或者转动车轮等,这部分能量就会重新转换回来;它被分成了做有用功和克服阻力两部分。这个过程中不会损耗任何一个尔格。

但是如果弹簧弯曲后去做另外的一个实验:它如果被我们放入硫酸中去,硫酸就会把弹簧给蚀化掉。我们的能量消失了,弯曲弹簧的能量没有地方再被转换回来了。这是不是没有遵守能量守恒定律

这是真的吗?我们的认为是错误的,事实上弹簧的能量并没有消失掉。弹簧在被硫酸侵蚀的时候,会再次弹开把能量又释放了出来,这些能量可被转换为周围硫酸的动能,也可以被转换为热能,提高硫酸的温度,但是这个温度是不会增高多少的。原因很简单,假定是2 千克力的力使弹簧变得弯曲,弯曲后的弹簧和原来相比缩短了10 厘米,也就是0.1 米。换句话说,弯曲后的弹簧平均应力是1 千克力。因此,弹簧的势能是1×9.8×0.1=1 焦耳。1 焦耳的热能所能增加的全部溶液的温度是非常有限的,我们根本感觉不到。

另外,这个弯曲的能量,还可以转变为电能或者化学能。假如所产生的化学能是加快钢的蚀解的化学能,弹簧的消蚀速度会因此而加快;相反钢的蚀解就会减慢。

只有通过实验才能知道真正会转化成什么样的能量。

其实已经有人做过了这个实验。

一片弯曲的钢片被人们加在两根相距半厘米的玻璃棒中间,然后放在一个玻璃容器里(图8-17左)。另外一边的实验,弹簧被人们弯曲后直接放到玻璃容器底部(图8-17右)。然后把硫酸倒入玻璃容器。没有多长时间,钢片就被腐蚀断了,硫酸继续侵蚀剩下的两个半段,直到完全溶解。从倒入硫酸开始到钢片完全蚀解的实验时间,我们要做详细的记录。之后,用不弯曲的钢片在同样的条件下再一次实验。结果是后者蚀解的时间短。

图8-17 溶解被弯曲的弹簧的实验

实验证明,受张力弹簧的耐腐蚀程度要比没有张力的弹簧高。所以,能量守恒定律还是对的,弯曲弹簧的能量,其中一部分转换成了化学能,另一部分转换成了弹簧弹开的动能。能量并没有平白无故地消失掉。

继续上面的题目,我们可以提一个这样问题:(www.xing528.com)

如果把一捆木柴扛至四楼,木柴的势能就会增加。可是,如果把这捆木柴燃烧掉,那么这部分势能转化到什么地方去了?

回答这个问题很简单,我们可以想一想,就可知道:

木柴燃烧后的产物,在四楼上形成时的势能一定会比在地面上形成时的势能要大很多。

【注释】

[1]千克力米,是功的老式单位,1 千克力米约合9.8 焦耳。

[2]读者可能会有疑问:在这样的条件下,物体到距离的末端还是有速度存在的,我们是不是应当认为这1 千克力的力在1 米的距离上做了1 千克力米多的功。这个距离的最后有一定速度的说法是没有错的。物体的这个速度就是我们的力所做功引起的,这个动能就是1 千克力米。否则就是得到的能量大于耗费的能量,这是对能量守恒定律的破坏。说到提升物体和这个是有区别的,1 千克的重物被提高1 米,势能增加1 千克力米,再加上物体获得的动能,最后得出的能就要比1 千克力米大。

[3]当今的火箭发动机可以在极短的时间里,功率达到几十万或几百万马力甚至更多。

[4]如果再把这个厚度加大,结果不会受什么影响,下文中还会说到。

[5]原始人不但知道能钻木取火,还有用“火犁”和“火锯”等方法取火,后两种方法,木屑的散热效果更差,可以更好地保持热量。

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