پایستگی انرژی

قانون پایستگی انرژی می‌گوید که مقدار انرژی در یک سیستم تک‌افتاده (ایزوله، منزوی) ثابت می‌ماند. پیامد این قانون این است، که انرژی از بین نمی‌رود و به وجود نمی‌آید. تنها از شکلی به شکل دیگر تبدیل می‌شود؛ مثلاً انرژی جنبشی به انرژی گرمایی تبدیل می‌شود. از آن‌جا که در نظریهٔ نسبیت خاص انرژی و جرم به هم وابسته‌اند، پایستگی انرژی در حالت کلی می‌گوید که مجموع انرژی و جرم یک سیستم تک‌افتاده پایسته است.

مکانیک محیط‌های پیوسته
قوانین پایستگی‌ها پایستگی جرم پایستگی تکانه پایستگی انرژی نابرابری‌ها Clausius–Duhem (entropy)
مکانیک جامدات تغییرشکل (مکانیک) کشسانی کشسانی خطی موم‌سانی قانون هوک تنش (مکانیک) کرنش محدود Infinitesimal strain Compatibility خمش Contact mechanics frictional Material failure theory مکانیک شکست
مکانیک سیالات سیال‌ها استاتیک شاره‌ها · دینامیک شاره‌ها اصل ارشمیدس · معادله برنولی معادلات ناویه-استوکس Poiseuille equation · قانون پاسکال گران‌روی (سیال نیوتنی · سیال غیرنیوتنی) شناوری · Mixing · فشار مایع کشش سطحی مویینگی گاز اتمسفر قانون بویل قانون شارل قانون گیلوساک قانون گاز آرمانی پلاسما
رئولوژی ویسکوالاستیسیته رئومتری رئومتر Smart fluid سیال الکترورئولوژیک سیال رئومغناطیسی فروسیال
دانشمندان دانیل برنولی رابرت بویل آگوستین لویی کوشی ژاک شارل لئونارد اویلر ژوزف لویی گیلوساک رابرت هوک بلز پاسکال آیزاک نیوتن کلود-لویی ناویه سر جرج گابریل استوکس، بارونت اول

پیامد دیگر این قانون این است که ماشین حرکت دائمی تنها هنگامی کار می‌کند که هیچ انرژی‌ای به پیرامون خود ندهد. اگر انرژی‌ای که دستگاه به پیرامون خود می‌دهد بیشتر از انرژی‌ای باشد که می‌گیرد و جرم دستگاه هم ثابت بماند، چنین دستگاهی نمی‌تواند برای همیشه کار کند.

تاریخچه

دستگاه ژول برای سنجش هم‌ارز مکانیکی گرما. وزنه‌ای که از نخ آویزان است، پروانه‌ای را در آب می‌چرخاند و آن را گرم می‌کند.

فیلسوفان باستان مانند تالس میلتوسی اندیشه‌هایی دربارهٔ پایستگی آنچه که همه‌چیز از آن ساخته شده است داشتند. البته معلوم نیست که منظور از آن چیز انرژی یا جرم-انرژی بوده باشد (مثلاً تالس فکر می‌کرد که همه‌چیز از آب ساخته شده). در سال ۱۶۳۸، گالیله نتایج بررسی‌هایش را دربارهٔ چندین پدیده --از جمله حرکت آونگ-- منتشر کرد که (به زبان امروزی) تبدیل انرژی جنبشی به انرژی پتانسیل و برعکس را نشان می‌داد. گاتفرید ویلهم لایبنیتز نخستین کسی بود که در سال‌های ۱۶۷۸ تا ۱۶۸۹ (میلادی) کوشید رابطه‌ای ریاضی را برای نوعی از انرژی که به حرکت وابسته است (انرژی جنبشی) به دست آورد. لایبنیتز فهمید که در بسیاری از سیستم‌های مکانیکی (با جرم‌های ${\displaystyle m_{i}}$ و سرعت‌های ${\displaystyle v_{i}}$)،

${\displaystyle \sum _{i}m_{i}v_{i}^{2}}$

تا وقتی که جرم‌ها به هم برنخورند پایسته است. او این کمیت را vis viva یا نیروی زندهٔ سیستم نام نهاد. قانون او شکل دقیقی از پایستگی انرژی جنبشی را در نبود اصطکاک نشان می‌داد (البته انرژی جنبشی واقعی نصف این مقدار است). بسیاری از فیزیک‌دانان آن زمان می‌دانستند که حتی در سیستم‌های با اصطکاک، قانون پایستگی تکانه با تعریف زیر برای تکانه برقرار است:

${\displaystyle \sum _{i}m_{i}v_{i}\,}$

بعدها نشان داده شد که در شرایط مناسب، مثلاً در برخورد کشسان، هر دو کمیت انرژی و تکانه پایسته‌اند.

منابع

• ویکی‌پدیای انگلیسی:

نوشته‌های امروزی

• Goldstein, Martin, and Inge F., 1993. The Refrigerator and the Universe. Harvard Univ. Press. A gentle introduction.
• Kroemer, Herbert; Kittel, Charles (1980), Thermal Physics (2nd ed.), W. H. Freeman Company, ISBN 0-7167-1088-9
• Nolan, Peter J. (1996), Fundamentals of College Physics, 2nd ed., William C. Brown Publishers

نوشته‌های تاریخی

• Cardwell, D.S.L. (1971), From Watt to Clausius: The Rise of Thermodynamics in the Early Industrial Age, London: Heinemann, ISBN 0-435-54150-1
• Guillen, M. (1999), Equations That Changed the World, ISBN 0-349-11064-6
• Hiebert, E.N. (1981), Historical Roots of the Principle of Conservation of Energy, Madison, Wis.: Ayer Co Pub, ISBN 0-405-13880-6