אנחנו ראינו שבהתנגשות האלסטית של שתי העגלות נשמרו גם
התנע וגם האנרגיה אבל מה קורה בהתנגשות הפלסטית?
לפני ההתנגשות ישנה מסה אחת שנעה עם תנע בגודל M כפול V,
לאחר ההתנגשות שתי המסות מתחברות לגוף אחד עם מסה של שני M.
לפיכך, משיקולים של חוק שימור התנע המהירות קטנה
פי שניים אחרת לא היה מתקיים חוק שימור התנע.
אבל מה קורה עם האנרגיה הקינטית?
לפני ההתנגשות יש לנו גוף בעל מסה M שנע במהירות V ולכן
האנרגיה הקינטית שלו היא חצי MV בריבוע.
אחרי ההתנגשות יש לנו גוף אחד בעל מסה של שני
M שנע במהירות של חצי V, כך שהאנרגיה הקינטית אחרי
ההתנגשות היא חצי כפול שני M כפול חצי V בריבוע.
כלומר רבע MV בריבוע.
שימו לב שבדיוק מחצית מהאנרגיה נעלמה בגלל התהליך הפלסטי.
כדי להדביק שני גופים ביחד צריך להשקיע אנרגיה.
בסופו של דבר אחרי שהגופים כבר מחוברים האנרגיה העודפת באה לידי
ביטוי בחימום של הגופים.
זה גם מה שקורה כאשר שתי מכוניות מתנגשות באופן חזיתי ומגיעות למצב של עצירה,
האנרגיה הקינטית האדירה שהייתה להם הופכת לחום כתוצאה מהמעיכה הפלסטית של המכוניות.
ההבנה שחום גם הוא סוג של אנרגיה,
הייתה אחד מהמכשולים המרכזיים שהיו צריכים להתגבר עליהם
על מנת להבין את המושג של האנרגיה כפי שאנחנו מבינים אותו היום.
עד לאמצע המאה ה- 18 רוב המדענים חשבו שחום מועבר על ידי איזשהו נוזל בשם קלוריק.
כשאנחנו מחממים גוף אז אנחנו בעצם משנים את המטען הקלורי שלו.
כלומר, מוסיפים לו קלוריות מטען של חום.
באמצע המאה ה-19 כבר הבינו לעומק את התנהגותם של מטענים וזרמים
חשמליים כך שהחשיבה בנוגע לחום הייתה אנלוגית למה שקורה לחשמל,
הוספת קלוריק לגוף מעלה את הטמפרטורה שלו כשם
שהוספת מטענים חשמליים לגוף מעלה את המטען החשמלי שלו.
זאת הייתה ההבנה עד שג'יימס פרסקוט ג'ול הראה בשנת 1843
שהחום הוא בעצם דרך נוספת להעברה של אנרגיה מגוף לגוף.
כל עוד לא מבינים שחום גם הוא צורה של אנרגיה,
נראה כאילו אנרגיה איננה גודל שנשמר בזמן.
כדי להדגים את הטענה הזו ג'ול ביצע ניסוי ממש מבריק,
היה לו מיכל עם נוזל ובתוכו מעין שבשבת שניתן לסובב בתוך הנוזל,
סביר הציר של השבשבת הוא ליפף חוט וחיבר אותו מהצד השני למשקולת.
ממש כמו שאנחנו נתנו מקודם למשקולת להאיץ את העגלה והמרנו את
האנרגיה הפוטנציאלית שלה לאנרגיה הקינטית של העגלה,
כך ג'ול נתן למסה ליפול והיא סובבה את ציר השבשבת ובחשה את הנוזל שבתוך הכלי.
הוא מדד את הטמפרטורה של הנוזל לפני שהמשקולת נפלה ואחרי שהיא סיימה ליפול.
לצורך כך הוא היה צריך לפתח מד חום שיכול היה למדוד אלפיות של מעלה.
הוא חזר על הניסוי עשרות פעמים והצליח להראות שהאנרגיה הפוטנציאלית
שהמשקולת מאבדת תמיד מעלה את הטמפרטורה של הנוזל במיכל באותה המידה.
בצורה כזו הוא הבין שעבודה מכנית שקולה לחימום ושיש ערך אנרגטי לחום.
היום אנחנו גם מבינים שהחום הוא בעצם האנרגיה הקינטית
שנמסרת לאטומים והמולקולות שמהן עשוי החומר.
אלה יכולות להיות המלקולות של הנוזל במיכל או של כל חומר אחר.
המלקולות עצמן מבצעות תנועה אקראית ברמה המיקרוסקופית שמבחינתנו
ברמה המקרוסקופית באה לידי ביטוי בטמפרטורה של הגוף.
ככל שלמלקולות שמהם עשוי החומר יש יותר אנרגיה קינטית אקראית שכזו,
כך הגוף יהיה יותר חם למגע.
לסיום יש לנו כאן מסילה מעגלית וכדור שניתן לגלגל במסילה.
נשאלת השאלה מאיזה גובה יש לעזוב את הכדור
כדי שיצליח לבצע מסלול מבלי ליפול או להתנתק מהמסילה?
מחוק שימור האנרגיה, בדומה למטוטלת שראינו מקודם,
אנחנו מבינים שצריך לשחרר את הכדור לפחות
מאותה הגובה שבו נמצאת הנקודה העליונה של הלולאה.
אם נשחרר אותו מנקודה נמוכה יותר, הוא לא יסיים את המסלול וייפול.
בואו נראה את זה.
אכן, לא הצליח לסיים את המסלול.
ננסה כעת לשחרר את הכדור בדיוק מהגובה של הלולאה, בוא נראה מה יקרה.
[רעש] גם כאן הכדור לא הצליח לסיים את המסלול.
מדוע?
כי הכדור איבד חלק מהאנרגיה בדרך, לאן הלכה האנרגיה הזו?
חלק מן האנרגיה הפך לחום כתוצאה מחיכוך עם המסילה.
קשה למדוד את זה, אבל הטמפרטורה של המסילה ואולי גם של הכדור בעצמו עלו במקצת.
אנחנו כולנו יודעים שביום קר ניתן לשפשף את הידיים בצורה כזו וכך לחמם אותן.
חיכוך מייצר חום, אבל היה כאן איבוד נוסף של אנרגיה איך אני יכול לדעת את זה?
כי גם שמענו רעש בזמן התנועה של הכדור, אם שמענו רעש אז משהו הרעיד את עור התוף שלנו,
נוצרו גלי קול באוויר והם הניעו אנרגיה בצורה של קול עד לאוזניים שלנו.
חלק מהאנרגיה הפך לחום וחלק נוסף הפך לאנרגיה של קול.
בכל מקרה, צריך להתחיל את התנועה בגובה רב יותר כך
שתהיה לכדור די אנרגיה למרות ההפסדים שבדרך.
בואו נראה.
[רעש]
[אין_קול]