imported>Vegan416: ביטול גרסה 42518934 של ~2026-21045-5 (שיחה), שחזור

2026-01-10T22:45:27Z

ביטול גרסה 42518934 של ~2026-21045-5 (שיחה), שחזור

דף חדש

[[קובץ:Joule's Apparatus (Harper's Scan).png|שמאל|ממוזער|250px|המשקל יורד מושך את החוט ולבסוף מסובב את המנגנון השקוע במים, כל זאת תוך שימור אנרגיה]]
'''חוק שימור האנרגיה''' קובע שסך ה[[אנרגיה]] ב[[מערכת פיזיקלית]] מבודדת הוא גודל קבוע שאינו משתנה. כלומר: שינוי האנרגיה במערכת פיזיקלית מבודדת כלשהי מתבטא רק בשינוי צורת האנרגיה או במיקומה, ואילו כמות האנרגיה קבועה תמיד. חוק שימור האנרגיה הוא אחד מ[[חוק שימור|חוקי השימור]] הבסיסיים של ה[[פיזיקה]].

כדוגמה לשינוי צורת האנרגיה ניתן להביא גוף שנופל ב[[נפילה חופשית]]. אם ננתח את הנפילה במונחי אנרגיה, נראה כי בהתחלה לגוף הייתה [[אנרגיה פוטנציאלית]] [[כח הכבידה|כובדית]], הבאה לידי ביטוי בגובה של הגוף, ובמהלך הנפילה אנרגיה זו הפכה ל[[אנרגיה קינטית]], אנרגיה של תנועה. במילים אחרות, הגוף לא היה יכול להגביר את [[מהירות]]ו אם לא היה בהתחלה במקום גבוה שמהווה צורת אנרגיה אחרת ומאפשר לו להגביר את מהירותו על חשבון אותה צורת אנרגיה. במקרה שנזרוק גוף מגובה פני האדמה נקבל מעבר הפוך של האנרגיה, מאנרגיה קינטית שהזורק נותן לגוף, לאנרגיה פוטנציאלית כובדית, כך שהגוף צובר גובה על חשבון מהירותו שקטֵנה. חוק שימור האנרגיה קובע גם שוויון כמותי, ולכן אם נזרוק כלפי מעלה את הגוף בדיוק באותה המהירות שהוא הגיע אלינו, הוא יגיע בדיוק לאותו גובה שממנו הוא נפל.

== שימור אנרגיה-מסה ==
על פי [[תורת היחסות]], [[מסה]] יכולה להפוך לאנרגיה ולהפך, מה שאומר ששימור אנרגיה במובן הפשוט של המילה הוא לא נכון על פי תורת היחסות, אלא מסה ואנרגיה משמשות באותו תפקיד בחוק זה. מעברי אנרגיה-מסה מתבצעים לפי הנוסחה המפורסמת [[E=mc²|E=mc2]]; לכן, ב[[פיזיקה מודרנית]] המסה (מוכפלת בריבוע [[מהירות האור]]) מוגדרת כאנרגיית מנוחה של הגוף, כלומר, גם כשהגוף במנוחה יש לו אנרגיה, הקשורה להיותו בעל מסה. יוצא מכאן שאנרגיית המנוחה של כל המערכת היא [[שמורה (מתמטיקה)|אינווריאנט]] נוסף אותו ניתן לשייך כהרחבה של תורת היחסות ל[[חוק שימור המסה]] הקלאסי. בעבר היה מקובל להגדיר את המושג מסת תנועה{{הבהרה}}, אבל היום הגדרה זו אינה מקובלת והמושג מסה משויך רק לאנרגיית המנוחה.

על פי [[משפט נתר (פיזיקה)|משפט נתר]], לכל חוק שימור מתאימה [[סימטריה]]. חוק שימור האנרגיה והמסה גורר אינווריאנטיות להזזות בזמן, כלומר שחוקי הפיזיקה אינם משתנים עם חלוף הזמן. באותו אופן אינווריאנטיות להזזות בזמן גוררת את חוק שימור האנרגיה והמסה.

== כוחות משמרים ==

המוטיבציה לעצם הגדרת מושג האנרגיה נובעת מכך שכוחות רבים ובסיסיים בטבע, כמו כוח ה[[כבידה]], או הכוח החשמלי הם [[כוח משמר|כוחות משמרים]]. עבור כוחות אלה אפשר להגדיר [[אנרגיה פוטנציאלית]] כפונקציה של מיקום החלקיק, ולהראות שסך כל האנרגיה הפוטנציאלית והאנרגיה הקינטית של הגוף הוא גודל שנשמר. כך גוף שנופל בהשפעת כוח הכבידה מאבד אנרגיה פוטנציאלית, ומתווספת לו אנרגיה קינטית.

כוח משמר הוא כוח <math>\vec F </math> עבורו אפשר להגדיר פונקציה [[סקלר (פיזיקה)|סקלרית]] U כך שהכוח יהיה ה[[גרדיאנט]] של פונקציה זו:
:<math>
\vec F =
-\vec \nabla U=-\left( { \partial U \over \partial x }, { \partial U \over \partial y }, { \partial U \over \partial z } \right)
</math>

התנאי שאכן תתקיים פונקציה U כזו הוא שיתקיים
:<math> \vec \nabla \times \vec F = 0 </math>

לפונקציה U קוראים [[אנרגיה פוטנציאלית]]. חשיבותה הפיזיקלית נובעת מכך שמצד אחד העבודה שהכוח מבצע על גוף הנע בכל מסלול L בין שתי נקודות
<math>\vec r_1</math> ו <math>\vec r_2</math> (בהן הוא נמצא בזמנים t1 ו t2 בהתאמה) יהיה שווה למינוס השינוי באנרגיה הפוטנציאלית בין שתי הנקודות:
:<math>
\Delta W =\int_{L} \vec F \cdot \vec {dr} =
\int -\vec \nabla U \cdot \vec dr =
- \int \left( { \partial U \over \partial x }, { \partial U \over \partial y }, { \partial U \over \partial z } \right) \cdot \left( dx, dy, dz \right)
= - U(\vec r_2) + U(\vec r_1)
= -\Delta U
</math>

ומצד שני לפי [[החוק השני של ניוטון]], העבודה תהיה גם
:<math>
\Delta W= \int_{L} \vec F \cdot \vec {dr} =
\int_{L} \vec {dp \over dt} \cdot \vec {dr}=
m \int_{L} \vec {dv \over dt} \cdot \vec {dr}=
m \int_{t_1}^{t_2} \vec {dv \over dt} \cdot \vec {dr \over dt} dt=
m \int \vec v \cdot \vec dv = \Delta {mv^2 \over 2}
</math>

לכן הגדירו את הביטוי
:<math>
{mv^2 \over 2}
</math>
כ[[אנרגיה קינטית|אנרגיה הקינטית]].

החשיבות של ההגדרות הללו נובעת מכך שעבור כוח משמר
:<math> \Delta U + \Delta E_k = 0 \! \, </math>

כלומר יש גודל שנשאר קבוע:
:<math>E=U+E_k \! \, </math>

לגודל זה קראו אנרגיה, וכאשר פועל רק כוח משמר גודל זה נשמר קבוע. זו הצורה הראשונה והבסיסית ביותר של שימור האנרגיה.

== שימור האנרגיה בתרמודינמיקה==
כוחות רבים בחיי היום יום אינם משמרים. הדוגמה הבולטת ביותר היא כוח ה[[חיכוך]]. כך אם גוף נע על משטח מישורי אופקי כאשר הכוח היחידי שפועל עליו הוא כוח החיכוך, הוא מאבד מהאנרגיה הקינטית, בלי להרוויח אנרגיה פוטנציאלית. אולם כוח החיכוך גורם להיווצרות [[אנרגיה תרמית]] (חום), שהיא למעשה אנרגיה קינטית לא מסודרת.

כל אנרגיה יכולה להפוך במלואה לאנרגיה תרמית. על המעבר בכיוון ההפוך יש הגבלה בגלל [[החוק השני של התרמודינמיקה]]. אולם בכל מקרה האנרגיה הכוללת נשמרת. סוג זה של חוק שימור האנרגיה, בו דנה ה[[תרמודינמיקה]] מכונה "[[החוק הראשון של התרמודינמיקה]]".

==שימור אנרגיה וסימטריה==

בעזרת [[משפט נתר (פיזיקה)|משפט נתר]], אפשר להראות ששימור האנרגיה הוא תוצאה של [[סימטריה]] של חוקי הפיזיקה עבור הזזות בזמן.

חוקי שימור הנגזרים מחוק שימור האנרגיה הם [[חוק לנץ]] הדן בכיוון השדה המושרה ו[[עקרון לה-שטלייה]] העוסק בתגובות שיווי משקל.

==אנרגיה אפלה==
[[אנרגיה אפלה]] שקיומה נחזה בעקבות התגלית אודות [[התפשטות היקום|התפשטותו המואצת של היקום]] אינה נשמרת, אלא כמותה גדלה עם הזמן. המדידות מראות שצפיפות האנרגיה האפלה נשארת קבועה, אף על פי שהיקום מתרחב, כלומר הכמות של אנרגיה זו גדלה עם הזמן.

==ראו גם==
* [[פרפטאום מובילה]]

==קישורים חיצוניים==
{{ויקישיתוף בשורה}}
* {{דוידסון|ערן פוס|מהו חוק שימור האנרגיה?|askexpert/מהו-חוק-שימור-האנרגיה|15 בינואר 2017}}
* [https://examples.yourdictionary.com/law-of-conservation-of-energy-examples.html דוגמאות באנגלית]
* {{בריטניקה}}{{תרמודינמיקה}}
* {{דף שער בספרייה הלאומית|987007543207805171|שימור אנרגיה}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:חוקי שימור|שימור האנרגיה]]
[[קטגוריה:אנרגיה]]

חוק שימור האנרגיה - היסטוריית גרסאות

imported>Vegan416: ביטול גרסה 42518934 של ~2026-21045-5 (שיחה), שחזור