На русских горках

Когда речь заходит об энергии, популяризаторы да и ученые (вплоть до самого Эйнштейна) любят вспоми­нать аттракцион, который называется русскими гор­ками.

Тележка с седоками скатывается по рельсам с кру­того склона, взлетает с разгона на другой, опять ска­тывается, поднимается на третий и т. д. Сперва потен­циальная энергия переходит в кинетическую, потом на­оборот: кинетическая в потенциальную и т. д. Причем вот существенная подробность: каждая последующая горка сделана немного ниже предыдущей. Почему?

Потому что полная энергия тележки, то есть сумма ее потенциальной и кинетической энергий, в пути не может увеличиться. Это строго вытекает из законов па­дения тел (ведь тележка именно падает, хоть и несво­бодно: по извилистому пути скатывается с вершины горки вниз). В падении с нулевой начальной скоростью нельзя подняться выше точки старта. На это не хватит энергии.

Конечно, при отсутствии трения и сопротивления воздуха полная энергия Е не уменьшилась бы, а сохра­нилась. Было бы всегда

Е = Т + П = const.

Вот они, механические «кубики Монтигомо»! Сохра­нение энергии в механической системе тел. Как видите, именно полная энергия остается постоянной. Для тела, двигающегося в поле тяжести, формула записывается так:

2016-01-26 16-17-42 Скриншот экрана

Не будь на свете трения и сопротивления воздуха, вершины русской горки можно было бы все располо­жить на одной высоте и взлетать на них сколько угодно раз. Соедините такие идеальные вершины в кольцо — и на них можно было бы пуститься в вечный безостано­вочный галоп.

Но в реальных условиях часть кинетической энергии в пути безвозвратно теряется — расходуется на работу против сил трения. Поэтому вершины горки приходится устраивать «мал мала меньше» и в конце концов с огор­чением вылезать из остановившейся тележки.