Способы сохранения энергии и сил

Усталость приходит тогда, когда силы мы тратим бессмысленно и невосполнимо. Из статьи вы узнаете, каковы самые распространенные причины потери энергии. Вы сможете «залатать» эти дыры!

«Большинство людей тратят свою энергию и время больше на разговоры о проблемах, чем на их решение»

« В се! Нет сил!» – как часто слышится эта фраза? Просыпаясь утром полные сил, к середине дня, в лучшем случае к концу, можем чувствовать себя выжатыми как лимон. От чего мы устаем? Известно от чего: от дел, хлопот, работы. Но это не совсем так. Сами знаете: иногда крутишься часами, днями, но если дело любимое и получается, то усталости не чувствуешь. Ее просто нет!

Усталость приходит тогда, когда энергию, силы мы тратим бессмысленно и невосполнимо. Другой пример: и дело любимое, и знаем, чего хотим, знаем, как правильно сформулировать цель, и. ничего не предпринимаем для ее достижения. Оказывается, для этого у нас тоже не хватает энергии.

Попробуем найти «места», где теряется энергия, и способы, с помощью которых можно остановить эти потери. Энергия может теряться в теле, в отношениях, в делах и в жизни, когда нет баланса.

Когда дела наши в порядке, тело находится в тонусе и не напряжено. Но в силу воспитания мы накапливаем напряжение. Когда нельзя открыто выражать те или иные чувства или переживания, на помощь приходит напряжение мускулатуры, чтобы не допустить эти переживания или сдержать их. Если приходится постоянно сдерживать чувства, возникают привычные (или хронические) мышечные напряжения (или зажимы).

В разных культурах, родах, семьях, коллективах под запретом находятся те или иные переживания, потому «рисунок» напряжений может быть разным. Например, нередко воспитание сопровождается четкими установками: нельзя другим людям показывать свои эмоции, нельзя плакать, нельзя громко смеяться, нельзя жаловаться, нельзя первой признаться в своих чувствах, нельзя самой проявлять инициативу в отношениях, нельзя надевать яркие вещи, нельзя носить короткие юбки, нельзя носить длинные волосы распущенными, нельзя пользоваться косметикой и т.д. Не сотня – тысяча всяких запретов! Но ведь нормальному, живому человеку периодически хочется нарушить хотя бы одно из этих табу, иначе жизнь станет обделена многими яркими красками и событиями. Но. «нельзя» крепко вцепилось в наши мозги! И мы начинаем сдерживать эмоции, чувства, желания. А это даром не проходит.

Внутреннее напряжение с годами становится сильнее и сопровождается разными зажимами. Эти самые мышечные зажимы могут быть как на уровне скелетной мускулатуры (понаблюдайте, как часто вы переплетаете руки, ноги, когда стоите, сидите, смотрите ТВ, идете, скукожившись в узел, втянув голову и т.д.), так и на уровне гладких мышечных волокон внутренних органов. Например, пищевода или бронхов (колика, различные спазмы, кашель, нехватка воздуха при эмоциональном порыве и другие). Перечень велик, и вы без труда самостоятельно обнаружите симптомы.

Физическая активность и высокий уровень энергии напрямую связаны с возможностью управления судьбой. Когда мы ощущаем себя слабыми и вялыми, у нас не хватает сил чего-либо желать или делать. Низкий уровень энергии обычно проявляется как пассивность, вялость, апатия, лень, уныние, безразличие. Он может быть спровоцирован физической или умственной усталостью, и тогда все, что нам нужно, чтобы снова быть в тонусе, — это отдохнуть или сменить вид деятельности.

Но существуют и другие причины этого состояния. Одна из них — банальная урбанизация. Физическая активность людей, живущих в городах, обычно минимальна. У горожан есть много средств, которые предельно упрощают их жизнедеятельность. В этом нет ничего плохого, если наша возможность не прилагать физические усилия в быту компенсируется их использованием иным образом. Если мы этого лишены, то следствием будет низкий тонус, хроническая лень или усталость, подверженность стрессам, неврозам. Когда есть напряжение, оно само по себе потребляет энергию – это раз. Два – напряжение препятствует свободному току энергии по телу. Вот вам и потери.

Что делать?

Чтобы остановить потери энергии в теле, надо помнить, что она поступает к нам благодаря правильной пище, физической активности и своевременному отдыху.

Питайтесь гармонично. Все, что вы вбираете при помощи всех своих 6 чувств (вместе с интуицией), «питает» вас. Ведь недаром созерцание картин и прослушивание музыки иногда называют «духовной пищей». Инструктор кундалини-йоги Ольга Пушкарева убеждена: «Если ты умеешь получать энергию из еды, солнечного света, через дыхание и позитивные эмоции, то нуждаешься в минимуме пищи. Можно съесть яблоко с хорошим настроем и чувствовать себя сытым, а можно в стрессовом состоянии просто жить в холодильнике, но легче не станет». Для хорошего самочувствия необходимо гармоничное сочетание всех видов питания:

    зрительную пищу мы получаем, созерцая красоту: природу, произведения искусства, красивые танцы или одежду. У каждого человека.

Если после работы у вас не хватает сил ни на что, кроме дороги домой, скорее всего, вы что-то делаете не так. Мы выяснили, что крадет нашу энергию в течение рабочего дня, как восполнить ее нехватку и не довести себя до переутомления.

Что вы обычно делаете по вечерам? Встречаетесь с друзьями, проводите время со своими детьми, ходите в спортивный зал или в кино? Или, жалуясь на переутомление, из последних сил добираетесь до дома и ни на что большее вас уже не хватает?

Если вся ваша энергия остается на работе, вероятно, вы делаете что-то не так. Мы выяснили, как эффективно расходовать свою энергию и где можно найти ее неожиданные источники.

1. Занимайтесь тем, что любите

Начнем с очевидного. Мы никогда не будем чувствовать воодушевления в конце рабочего дня, если предыдущие 8 часов занимались тем, что ненавидим. Согласно исследованиям канадского Университета в Альберте, для того, чтобы чувствовать себя счастливее и меньше уставать на работе, надо четко представлять цель того, что мы делаем.

Каждый день старайтесь думать о том, кому ваша работа могла бы принести пользу, пусть даже незначительную. У всякой работы есть результат, который кому-нибудь да нужен, помните об этом. Затем сфокусируйтесь на том, что лично вам дает ваша работа, какие ваши потребности с помощью нее удовлетворяются и какие цели достигаются.

И наконец, старайтесь каждый день отмечать, что сегодня произошло хорошего на работе. Чем чаще вы будете проделывать это простое трехступенчатое упражнение, тем счастливее и энергичнее вы будете себя ощущать, тем меньше шанс довести себя до переутомления.

2. Открывайте окна

Во-первых, проветривая помещение, мы его охлаждаем. Мы гораздо больше устаем на работе, когда температура воздуха достигает 28°C и выше. Во-вторых, открывая окна, мы снижаем концентрацию углекислого газа, который некоторые эксперты также связывают с рабочим переутомлением.

«Концентрация углекислого газа с течением дня увеличивается, если помещение не оборудовано достаточной вентиляцией», — поясняет Ричард Бэрри, специалист по климат-контролю в домашних условиях.

Если окон в вашем офисе мало или их нет вовсе, заведите растения: они поглощают углекислый газ и прочие загрязнители окружающей среды, которые могут способствовать переутомлению. Кроме того, они просто радуют глаз.

3. Сидите прямо

Если вы весь день сидите ссутулившись, то вы подвергаете свои мышцы напряжению, которое провоцирует переутомление. «Когда вы сутулитесь, вы чувствуете себя менее привлекательными, это сказывается на настроении и, как следствие, вызывает усталость», — считает физиотерапевт Сэмми Марго. Она советует сидеть прямо на стуле, так, словно бы кто-то пытается мягко вытянуть вас из него.

4. Проводите ревизию выполненных и неоконченных дел

Незавершенные дела отнимают у нас энергию. Мысли о них будут преследовать нас дома, не давая отдохнуть. Но если в конце дня выделить себе время, чтобы провести ревизию того, что мы успели сделать за сегодня, и составить список заданий на завтрашний день, есть шанс уйти с работы с чувством удовлетворения от выполненных дел и с зарядом энергии.

5. Следите за экраном компьютера

Если ваши глаза устают к концу дня, дело может быть в плохо настроенном мониторе компьютера. Офтальмологи рекомендует выбирать шрифты, которые легче воспринимаются глазами, не меньше 12-го кегля. Важно, чтобы сам монитор располагался на расстоянии от 33 до 59 см от лица, а центр экрана был примерно на одном уровне с вашими глазами. И конечно, не забывайте протирать экран от пыли — она может искажать изображение, давая дополнительную нагрузку вашим глазам.

6. Используйте голубой свет

Исследователи Университета Суррея, Англия, выяснили, что те, кто заменил обычные белые лампочки на лампочки с синеватым оттенком (которые ближе к естественному дневному свету), чувствовали себя менее сонными в течение дня.

«Голубой свет стимулирует меланопсиновые рецепторы в головном мозге, которые ответственны за поддержание состояние возбуждения в организме», — говорит доктор Дерк-Джан Дижк, автор исследования.

Если вы не можете заставить вашего начальника кардинально поменять условия в офисе, начните с того, чтобы купить лампочки голубого оттенка, имитирующие естественное освещение, они помогут поддержать ваш организм в тонусе.

Сумма кинетической и потенциальной энергий системы тел называется полной механической энергиейсистемы.

E = Ep + Ek

Учитывая, что при совершении работы A = ΔEk и, одновременно, A = — ΔEp,
получим:
ΔEk = — ΔEp или Δ(Ek + Ep)=0 – изменение суммы кинетической и потенциальной энергий
(т.е. изменение полной механической энергии) системы равно нулю.

Значит, полная энергия системы остается постоянной:

E = Ep + Ek = const.

В замкнутой системе, в которой действуют только консервативные силы, механическая энергия сохраняется.
(Или: полная механическая энергия системы тел, взаимодействующих силами упругости и гравитации, остается неизменной при любых взаимодействиях внутри этой системы).

E = Ep + Ek = const

Например, для тела, движущегося под действием силы тяжести (падение; тело, брошенное под углом к горизонту, вертикально вверх или движущееся по наклонной плоскости без трения):

Работа силы трения и механическая энергия.

Если в системе действуют силы трения (сопротивления), которые не являются консервативными, то энергия не сохраняется.
При этом E1 E2 = Aтр. Т.е. изменение полной механической энергии системы тел равно работе сил трения (сопротивления) в этой системе.
Энергия изменяется, расходуется, поэтому такие силы наз.диссипативными (диссипация – рассеяние).

E1 E2 = Aтр

Т.о. механическая энергия может превращаться в другие виды энергии, напр., во внутреннюю(деформация взаимодействующих тел, нагревание).

Столкновения тел.

З-н сохранения и превращения механической энергии применяется, например, при изучении столкновений тел. При этом он выполняется в системе с з-ном сохранения импульса. Если движение происходит так, что потенциальная энергия системы остается неизменной, то может сохраняться кинетическая энергия.

Удар, при котором сохраняется механическая энергия системы, наз. абсолютно упругим ударом.

Удар, при котором тела движутся после столкновения вместе, с одинаковой скоростью, наз.
абсолютно неупругим ударом
(при этом механическая энергия не сохраняется – деформация, тепло).

Удар, при котором тела до соударения движутся по прямой, проходящей через их центр масс, наз. центральным ударом.

Полную механическую энергию рассматривают в тех случаях, когда действует закон сохранения энергии и она остаётся постоянной.

Если на движение тела не оказывают влияния внешние силы, например, нет взаимодействия с другими телами, нет силы трения или силы сопротивления движению, тогда полная механическая энергия тела остаётся неизменной во времени.

Разумеется, что в повседневной жизни не существует идеальной ситуации, в которой тело полностью сохраняло бы свою энергию, так как любое тело вокруг нас взаимодействует хотя бы с молекулами воздуха и сталкивается с сопротивлением воздуха. Но, если сила сопротивления очень мала и движение рассматривается в относительно коротком промежутке времени, тогда такую ситуацию можно приближённо считать теоретически идеальной.

Закон сохранения полной механической энергии обычно применяют при рассмотрении свободного падения тела, при его вертикальном подбрасывании или в случае колебаний тела.

При вертикальном подбрасывании тела его полная механическая энергия не меняется, а кинетическая энергия тела переходит в потенциальную и наоборот.

Исходя из того, что в начале движения величина кинетической энергии тела одинакова с величиной его потенциальной энергии в верхней точке траектории движения, для расчётов могут быть использованы ещё две формулы.

Если известна максимальная высота, на которую поднимается тело, тогда можно определить максимальную скорость движения по формуле:

Если известна максимальная скорость движения тела, тогда можно определить максимальную высоту, на которую поднимается тело, брошенное вверх, по такой формуле:

Чтобы отобразить преобразование энергии графически, можно использовать имитацию «Энергия в скейт-парке», в которой человек, катающийся на роликовой доске (скейтер) перемещается по рампе. Чтобы изобразить идеальный случай, предполагается, что не происходит потерь энергии в связи с трением. На рисунке показана рампа со скейтером, и далее на графике показана зависимость механической энергии от места положения скейтера на траектории.

На графике синей пунктирной линией показано изменение потенциальной энергии. В средней точке рампы потенциальная энергия равна \(нулю\). Зелёной пунктирной линией показано изменение кинетической энергии. В верхних точках рампы кинетическая энергия равна \(нулю\). Жёлто-зелёная линия изображает полную механическую энергию — сумму потенциальной и кинетической — в каждый момент движения и в каждой точке траектории. Как видно, она остаётся \(неизменной\) во всё время движения. Частота точек характеризует скорость движения — чем дальше точки расположены друг от друга, тем больше скорость движения.

На графике видно, что значение потенциальной энергии в начальной точке совпадает со значением кинетической энергии в середине рампы.

В реальной ситуации всегда происходят потери энергии, так как часть энергии выделяется в виде тепла под влиянием сил трения и сопротивления.

Поэтому для того, чтобы автомобиль двигался с равномерной и неизменной скоростью, необходимо постоянно подводить дополнительную энергию, которая компенсировала бы энергетические потери.

В механике изучают движение и взаимодействие тел друг с другом. Поэтому принято различать два вида механической энергии: кинетическую энергию, обусловленную движением тел, и потенциальную энергию, обусловленную взаимодействием тел.

где Eк — кинетическая энергия тела (Дж);

Из формулы видно, что чем больше масса и скорость тела, тем выше его кинетическая энергия.

Кроме кинетической энергии, связанной с движением тела, существует второй тип энергии ― потенциальная энергия.

В физике потенциальной энергией называют энергию, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел или частей одного и того же тела.

где Eп — потенциальная энергия тела (Дж);

h — высота, на которую поднято тело (м)

g — ускорение свободного падения (м/с 2 ).

В этой формуле фигурирует высота h, на которую поднято тело. Отсчитывать эту высоту можно от любого уровня, в зависимости от того, как это удобно сделать в конкретной задаче. Обычно энергию отсчитывают от поверхности земли, стола, пола и так далее.

Кроме потенциальной энергии тела, поднятого над землёй, существует ещё потенциальная энергия деформированной (сжатой или растянутой) пружины.

k ― коэффициент упругости (Н/м);

Особый интерес в физике вызывает понятие замкнутой системы.

Значимость этого понятия раскрывается при рассмотрении полной механической энергии системы. Оказывается, что в замкнутой системе полная механическая энергия сохраняется. Это утверждение носит название закона сохранения энергии.

Иными словами, если на систему не действуют внешние силы, то энергия в начальный момент равна энергии в конечный момент.

На рисунке ниже показано как потенциальная энергия переходит в кинетическую. В точке 1 тело обладает наибольшей потенциальной энергией, а кинетическая энергия, в свою очередь, равняется нулю, поскольку тело не движется. Падая, тело приобретает скорость, а соответственно и кинетическую энергию, поэтому в точке 2 тело обладает кинетической энергией и меньшей, по сравнению с первым случаем (поскольку высота меньше), потенциальной энергией. В точке 3 вся потенциальная энергия перешла в кинетическую энергию.

Несмотря на то, что в каждые моменты времени тело двигалось с разной скоростью, энергия в во всех трёх точках была одинакова, вследствие её сохранения E1 = E2 = E3.

Энергия характеризует способность тела совершать работу. Натянутая тетива лука, сжатая пружина, поднятый с земли камень, сжатый газ при определённых условиях могут совершать работу.

1. тела, поднятые над поверхностью земли (например, камень при падении с высоты образует на земле воронку);
2. упруго деформированные тела (например, человек натягивает тетиву лука и выпускает стрелу);
3. сжатые газы (расстояние между молекулами газа уменьшается, и увеличивается сила отталкивания между ними).

Огромной потенциальной энергией обладают воды водопада. Потенциальная энергия воды совпадает с работой силы притяжения Земли.

Потенциальная энергия накапливается в водах рек. Сила притяжения Земли производит работу, заставляя реки течь в более низко расположенное место — в море. Человек научился полезно использовать потенциальную энергию рек. В древние времена строили водяные мельницы, а с \(20\)-го века — гидроэлектростанции (ГЭС).

Гидроэлектростанция в Итайпу, находящаяся на границе между Бразилией и Парагваем на реке Паране, на сегодня является крупнейшим действующим сооружением такого рода в мире. У её плотины (через которую протекает вода) имеются шлюзы, состоящие из \(14\) ворот, через которые за секунду проходит \(62200\) кубометров воды.

Itaipu-dam.jpg

Потенциальную энергию тела измеряют относительно некоторого условного уровня отсчёта, чаще всего относительно поверхности Земли. В таком случае принимают, что потенциальная энергия тела на поверхности Земли равна нулю.

Тело одновременно может обладать и потенциальной, и кинетической энергией, и они могут переходить одна в другую.

Человек, качающийся на качелях, обладает максимальной потенциальной энергией в наивысшей точке подъёма, в этой точке качели на мгновение замирают, и, значит, в этот момент кинетическая энергия человека равна нулю.

При движении из состояния \(1\) в состояние \(2\) потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая растёт (так как высота тела над уровнем земли уменьшается, а скорость движения тела возрастает).

Когда человек находится в самой нижней точке траектории движения \(2\), кинетическая энергия является наибольшей, так как в этот его момент скорость самая высокая. При движении из состояния \(2\) в состояние \(3\) увеличивается потенциальная энергия (так как увеличивается высота подъёма тела), а кинетическая энергия уменьшается (так как скорость движения тела уменьшается).

В замкнутой системе сумма кинетической и потенциальной энергии в любой момент времени остаётся неизменной.

Привязанный отвес на высоте \(h\) обладает максимальной потенциальной энергией, а кинетическая энергия (энергия движения) в это время равна \(0\).

1.png

Когда верёвку перерезают, отвес начинает свободно падать, высота уменьшается, а скорость увеличивается (с ускорением \(g\)), соответственно, потенциальная энергия уменьшается, а кинетическая энергия возрастает.

В каждый момент времени, до момента соударения, сумма потенциальной и кинетической энергии отвеса одинакова.

В момент соударения энергия отвеса не исчезает, она передаётся другому телу — гвоздю, который под воздействием этой энергии начинает движение, уходя глубже в брус. Некоторая часть энергии преобразуется во внутреннюю — тепловую энергию (так как отвес при соударении нагревается).

Например, в результате удара частички начинают двигаться интенсивнее — это проявляется в виде нагрева тела. При сжатии пружины изменяется потенциальная энергия частиц.

Натянутая резинка обладает потенциальной энергией, причиной этого является взаимное притяжение молекул.

Сформулируем закон изменения полной механической энергии системы. Пусть система материальных точек (тел) не является замкнутой. На материальные точки, кроме внутренних консервативных сил, действуют любые другие силы, которые будем называть сторонними. Отнесем к сторонним силам все внешние силы (силы со стороны тел не входящих в систему), а также все диссипативные силы (силы трения, силы сопротивления), как внутренние, так и внешние. Таким образом, сторонними силами будем называть все силы, кроме внутренних консервативных сил.

Если система материальных точек перешла из произвольного начального положения 1 в произвольное конечное положение 2, то, согласно теореме о кинетической энергии, работа всех приложенных к материальным точкам сил равна приращению их кинетических энергий. Следовательно, работа всех сил, действующих на систему и внутри системы, равна приращению кинетической энергии системы материальных точек: \(> = >2>> — >1>>\) , где \(>2>>\) и \(>1>>\) – кинетическая энергия системы материальных точек в конечном и начальном состоянии соответственно.

Представим работу \(>\) как сумму работы \(>>>\) консервативных внутренних сил и работы \(>>>\) всех сторонних сил: \(> = >>> + >>>\) . Учтем свойство потенциальной энергии системы, согласно которому работа консервативных сил равна убыли потенциальной энергии: \(>>> = >1>> — >2>>\) .

Таким образом, работа сторонних сил \(>>>\) при переходе системы материальных точек (тел) из произвольного начального положения в произвольное конечное положение равна приращению полной механической энергии системы:

Если в замкнутой системе, кроме консервативных сил, действуют еще диссипативные силы, например сила трения, то полная механическая энергия не сохраняется (часть механической энергии превращается в тепло). В этом случае выполняется общефизический закон сохранения энергии: энергия никогда не создается и не уничтожается, она может только переходить из одной формы в другую.

С помощью законов сохранения импульса и энергии исследуем движение сталкивающихся тел.