ენერგია და მისი ფორმის ცვლილება. კინეტიკური, პოტენციური და ქიმიური ენერგია.

შესავალი

რას ნიშნავს ენერგიის ქონა? გაიხსენეთ, როგორ გრძნობთ ხოლმე თავს დილას, გაღვიძებისას. თუ ენერგიის მოზღვავებას გრძნობთ, ალბათ, ფხიზლად და მზად ხართ, აკეთოთ საქმე დღის განმავლობაში. თუ უენერგიოდ გრძნობთ თავს (შესაძლოა, იმიტომ, რომ ღამე რვა საათი არ გეძინათ), სავარაუდოდ, საერთოდ არ გენდომებათ ადგომა, მოძრაობა და საქმის კეთება.
მართალია, ენერგიის ეს განსაზღვრება ცხოვრებისეულია და არა მეცნიერული, მაგრამ მას ბევრი საერთო აქვს ენერგიის უფრო ფორმალურ განსაზღვრებასთან (და მის დამახსოვრებასაც გაგიადვილებთ). მაშ ასე, ენერგია განისაზღვრება, როგორც მუშაობის შესრულების უნარი, რაც, ბიოლოგიური თვალსაზრისით, რაიმე ცვლილების გამოწვევის უნარს ნიშნავს. ენერგია მრავალი სხვადასხვა ფორმით შეიძლება არსებობდეს, მაგალითად, ყველა ჩვენგანისთვის ცნობილია სინათლის, სითბური და ელექტროენერგია.
ამ სტატიაში ენერგიის იმ სახეებს გავეცნობით, რომლებიც განსაკუთრებით მნიშვნელოვანია ბიოლოგიურ სისტემებში, მათ შორის: კინეტიკურ ენერგიას (მოძრაობის ენერგია), პოტენციურ ენერგიას (ენერგია მდებარეობის ან სტრუქტურის გამო) და ქიმიურ ენერგიას (ქიმიური ბმების პოტენციური ენერგია). ენერგია არასდროს იკარგება, ის მხოლოდ ერთი ფორმიდან მეორეში გადადის.

კინეტიკური ენერგია

მოძრავ ობიექტს ენერგიაც აქვს. რატომ? იმიტომ, რომ მოძრავ ობიექტებს ცვლილების გამოწვევა შეუძლიათ, ანუ, სხვაგვარად რომ ვთქვათ, მუშაობის შესრულება. მაგალითად, წარმოიდგინეთ შენობების სანგრევი ბირთვი. მას ნელა მოძრაობის დროსაც კი შეუძლია სხვა ობიექტების, მაგალითად, ცარიელი სახლის, ძლიერ დაზიანება. უძრავი ბირთვი კი მუშაობას არ არულებს (შენობებს არ ანგრევს).
მოძრავი ობიექტის ენერგიას კინეტიკური ენერგია ეწოდება. იგი აქვს სამივეს, გასროლილ ტყვიას, მიმავალ ადამიანსა და ელექტრომაგნიტურ გამოსხივებასაც, მაგალითად, სინათლეს. კინეტიკური ენერგიის კიდევ ერთი სახეა ატომების ან მოლეკულების მუდმივი, უწესრიგო მოძრაობის ენერგიაც. მას სითბურ ენერგიას უწოდებენ. რაც უფრო მაღალია სითბური ენერგია, მით უფრო მაღალია ატომების მოძრაობის კინეტიკური ენერგია და პირიქით. მოლეკულების ჯგუფის საშუალო სითბურ ენერგიას ტემპერატურას ვუწოდებთ, ერთი ობიექტიდან მეორეზე გადასულ სითბურ ენერგიას კი — სითბოს.

პოტენციური ენერგია

მოდით, ისევ სანგრევი ბირთვის მაგალითს დავუბრუნდეთ. უძრავ ბირთვს კინეტიკური ენერგია არ აქვს. მაგრამ რა მოხდება, თუ მას ამწეთი ორი სართულის სიმაღლეზე ავწევთ და მანქანის თავზე დავკიდებთ? ბირთვი ამ შემთხვევაშიც არ მოძრაობს, მაგრამ მას მაინც აქვს ენერგია. ჰაერში დაკიდებული სანგრევი ბირთვის ენერგია გამოხატავს მის პოტენციალს, შეასრულს სამუშაო (ამ შემთხვევაში, დააზიანოს მანქანა). თუ ბირთვს ძირს დაცემის საშუალებას მივცემთ, იგი სამუშაოს შეასრულებს და ვიღაცის მანქანისგან ბლინს გააკეთებს. თანაც, რაც უფრო მძიმე იქნება ბირთვი, მით უფრო მეტი ენერგია ექნება მას.
ენერგიის ამ სახეს პოტენციური ენერგია ეწოდება - ენერგია, რომელიც ობიექტს მდებარეობის ან სტრუქტურის გამო აქვს. მაგალითად, მოლეკულაში ქიმიური ბმების ენერგია მის სტრუქტურასთან, ატომების ერთმანეთის მიმართ განლაგებასთანაა დაკავშირებული. ქიმიური ენერგია ქიმიურ ბმებში შენახული ენერგიაა და ისიც პოტენციური ენერგიის სახედ ითვლება. პოტენციური ენერგიის ცხოვრებისეული მაგალითებია კაშხალზე დაგუბებული წყალი და ადამიანი, რომელიც თვითმფრინავიდან პარაშუტით უნდა გადმოხტეს.

ენერგიის გარდაქმნები

ობიექტის ენერგია ერთი ფორმიდან მეორეში შეიძლება გადავიდეს. მოდით, კიდევ ერთხელ განვიხილოთ ჩვენი საყვარელი მაგალითი — სანგრევი ბირთვი. რამდენიმე სართულის სიმაღლეზე დაკიდებულ, უძრავ ბირთვს კინეტიკური ენერგია არ აქვს, მაგრამ მისი პოტენციური ენერგია ძალიან დიდია. დავარდნისას კინეტიკური ენერგია თანდათან იზრდება, რადგან გრავიტაციის გამო მისი სიჩქარე იმატებს, პოტენციური ენერგია კი მცირდება, რადგან მიწიდან მისი სიმაღლე იკლებს. მიწაზე დავარდნის წინა მომენტში ბირთვს თითქმის აღარ აქვს პოტენციური ენერგია, მაგრამ მისი კინეტიკური ენერგია ძალიან მაღალია.
ამის მსგავად ქიმიური ენერგიაც შეიძლება, გარდაიქმნას, რის მაგალითებსაც ხშირად ვაწყდებით ყოველდღიურად. მაგალითად, ოქტანს, ნახშირწყალბადს, რომელიც ბენზინში გვხვდება, ქიმიური (პოტენციური) ენერგია აქვს თავისი მოლეკულური სტრუქტურის წყალობით (სურათზე ზევით). ეს ენერგია ბენზინის წვისას მანქანის ძრავში გამოთავისუფლდება, წარმოქმნის მაღალი ტემპერატურის აირებს, რომლებიც ძრავის დგუშებს ამოძრავებს და მანქანის ამოძრავებას იწვევს (კინეტიკური ენერგია)1^1. ქიმიური ენერგიის ნაწილი კონეტიკურ ენერგიად გარდაიქმნება, ნაწილი კი — სითბურ ენერგიად, რომელიც ძრავიდან გამოიყოფა.
ენერგიამ ფორმა ასე ცოცხალ ორგანიზმებშიც შეიძლება იცვალოს. მაგალითად, ატფ-ის პატარა მოლეკულის ბმებში შენახული ენერგია (პოტენციური ენერგია) საწვავს ქმნის მოტორული ცილისა და მისი ტვირთის სამოძრაოდ მიკრომილაკზე ან კუნთების უჯრედების შესაკუმშად კიდურის მოძრაობის მიზნით (კინეტიკური ენერგია).
იტვირთება