弹簧的能消失了吗

时间:2023-11-17 13:09:03

当我们把一片钢板弹簧弯曲的时候,我们所做的功会转化为弯曲的弹簧的动能。如果我们再用这个弹簧把一个重物举起来,或者使车轮转动起来……那么,我们就重新得到了刚才所付出的能。能量是不会无缘无故损失掉的,其中的一部分能量做了可以看见的工作,另一部分则用于克服摩擦阻力了。

如果我们用弯曲的钢板弹簧做这样一个试验:把弹簧放到硫酸中。我们会看到:弹簧被硫酸腐蚀掉,完全消失了。在这个试验中,弹簧的动能到哪里去了呢?难道消失了?这明显不符合能量守恒定律!

事实果真是这样吗?我们为什么认为能量消失了呢?我们只是无法用肉眼看到它的存在罢了。在弹簧被腐蚀掉之前,总会经历一段时间。在这段时间里,弹簧会弹开,从而推动它前面的硫酸,把弹簧的动能变成硫酸的热能,使硫酸的温度升高。当然了,这里的温度并没有升高多少。我们可以分析一下:假设这根弯曲的弹簧的两端距离比它伸直的时候缩短了10厘米,也就是0.1米,而此时弹簧的应力为2千克(弯曲弹簧的力的平均值为1千克),那么弹簧的势能就是:1×9.8×0.01=1焦耳。

1焦耳的热量是非常少的,只能使硫酸的温度升高一点点,很难表现出来。除此之外,弹簧具有的动能也可能转化为电能或者化学能。如果它变成能够促进钢溶解的化学能,就会使弹簧被腐蚀得更快。相反,则会使弹簧被腐蚀得慢一些。

要想知道在实际情况下,弹簧具有的动能到底是加快了还是减慢了弹簧被腐蚀的进程,需要用实验来证实。

其实,已经有人做了这个实验。

如图(a)所示,在玻璃缸的底上部放着两根用来固定的玻璃棒,它们之间的距离是0.5厘米。在它们中间夹着一片弯曲的钢板弹簧。在图(b)中,人们把一根弯曲的弹簧钢板放在玻璃缸的两壁之间。在玻璃缸里倒满硫酸溶液。过一段时间后,钢板会崩断。最后,两个半段钢板会在硫酸里被完全腐蚀掉。从把钢板放到硫酸开始计时,一直到完全被腐蚀掉为止,记录下实验的时间。然后,在其他条件完全相同的情况下,再用没有弯曲的同样的钢板做一次实验。我们会发现,没有弯曲的钢板的溶解时间比弯曲的钢板要短一些。

这个实验说明,没有弯曲的钢板弹簧比弯曲的更耐腐蚀。显而易见,把弹簧弯曲所花的能量,有一部分变成了化学能,有一部分变成了弹簧弹开时的动能(或者叫机械能)。也就是说,一开始作用于弹簧的能量并没有无缘无故地消失。

弹簧的能消失了吗

图 弯曲弹簧溶解实验。

把上面这个题目延伸一下:

把一束木柴拿到四楼。显然,这束木柴的势能增加了。那么,当木柴燃烧的时候,刚才多出来的那部分势能去哪儿了?

关于这个问题,并不难回答。我们可以思考一下:木柴在燃烧的时候,会转变成一些产物。在一定的高度上,这些产物所拥有的势能比在地面上的时候要大多了。

1公斤米是旧制功的单位。1公斤米=9.8焦耳

2奇阿普斯金字塔由古埃及第四王朝第二位法老胡夫建造,因此又称为胡夫金字塔,希腊人称他为奇阿普斯。它是世界上最大的金字塔,列为“世界七大奇迹”之一。

3亚里士多德(公元前384~公元前322),古希腊哲学家、科学家、教育家、思想家。

4马克·吐温(1835~1910),美国著名作家、演说家,代表作有《百万英镑》《汤姆·索亚历险记》。

5杰克·伦敦(1876~1916),美国著名现实主义作家,代表作有《野性的呼唤》《海狼》《白牙》。