§ 40. Механічна енергія та її види

Механічна енергія. З повсякденного досвіду вам відомо, щоб забити цвях, потрібно підняти молоток і вдарити ним. Так само, щоби забити палі на будівництві, піднімають і опускають металеву бабу. Щоб одна кулька виконала роботу і привела в рух іншу кульку, потрібно надати першій кульці певну швидкість. У механіці фізичну величину, що показує здатність тіла виконувати механічну роботу, називають енергією. Механічна енергія є характеристикою стану тіл або їх системи. Механічну енергію позначають літерою W.

Зміна механічної енергії під час переходу системи з одного стану в інший дорівнює виконаній роботі:

де W₁ – енергія, що визначає початковий стан системи, W₂ – енергія системи тіл через деякий час. Оскільки йдеться про можливість виконання роботи, то енергію доцільно вимірювати тими самими одиницями, що й роботу. Тому одиницею енергії є джоуль.

Якщо А > 0, це означає, що під час переходу з одного стану в інший енергія системи зменшилася, тобто (W₂ < W₁), а отже частина енергії системи пішла на виконання роботи. Наприклад, енергія, надана пружині механічного годинника, поступово вичерпується і через певний проміжок часу рух його механізму припиняється. З тієї ж причини автомобіль, який рухається з вимкненим двигуном, зупиняється через певний проміжок часу. Якщо ж А < 0, це означає, що W₂ > W₁, тобто, енергія системи збільшилася. При цьому вже не сама система виконує механічну роботу, а над цією системою інші тіла або системи тіл виконують роботу. Буксир надає швидкості нерухомому автомобілю, збільшуючи його механічну енергію.

З наведених прикладів можна побачити, що зміна механічної енергії тіла або системи тіл може відбуватися у двох випадках. Зокрема, якщо змінюється взаємне розміщення тіл, що входять до системи, тобто їх координата. З другого боку, механічна енергія змінюється, коли змінюється швидкість тіл системи. Таким чином, у механіці розрізняють дві складові енергії системи тіл. Перша визначається положенням тіл або його частин, інша – їх швидкістю. Отже, у фізиці розрізняють два види механічної енергії: потенціальну й кінетичну.

Потенціальна енергія. Розглянемо більш детально випадки, коли тіла мають потенціальну енергію. Наприклад, потенціальну енергію має тіло, підняте над поверхнею Землі, стиснута пружина, вода у водоспаді тощо. У кожному з наведених прикладів сила, що діє на тіло, може виконувати роботу, перемістивши тіло з одного положення в інше. Так, м’яч, який перебуває на деякій висоті над поверхнею землі, під дією сили земного тяжіння буде рухатися донизу, якщо його відпустити (рис. 4.5). При цьому сила земного тяжіння виконуватиме роботу

де h – висота м’яча над земною поверхнею. Висота h характеризує взаємне розміщення м’яча і Землі. В цьому випадку поверхню землі називають нульовим рівнем.

Нульовим рівнем називають уявну поверхню, відносно якої розглядають положення тіла.

Рис. 4.5. Тіло масою m має потенціальну енергію, коли перебуває на висоті h над поверхнею нульового рівня

Величину, що характеризує енергію взаємодії тіла або системи тіл із Землею і дорівнює добутку їх маси m на величину g = 9,8 Н/кг та на висоту тіла h над поверхнею нульового рівня, називають потенціальною енергією взаємодії тіла та Землі:

Оскільки за нульовий рівень можна взяти поверхню будь-якого тіла, то значення висоти h, а отже і потенціальна енергія, можуть набувати різних значень, тобто потенціальна енергія є відносною величиною. Значення потенціальної енергії залежить від того, яке тіло ми беремо за нульовий рівень. Наприклад, коли м’яч підняли в кімнаті на деяку висоту, то за нульовий рівень можна взяти поверхню столу, поверхню підлоги або ж поверхню землі. Поміркуйте, в якому випадку потенціальна енергія тіла буде найбільшою?

Як і у випадку сили земного тяжіння, стиснута пружина може перемістити прикріплене до неї тіло (рис. 4.6). При цьому сила пружності виконає роботу

де x – зміщення тіла відносно початкового положення; k – жорсткість пружини (деформованого тіла).

Рис. 4.6. Стиснута пружина може перемістити прикріплене до неї тіло, а отже, має потенціальну енергію

Величину, що характеризує енергію взаємодії частин стиснутої пружини, називають потенціальною енергією пружно деформованого тіла

Аналізуючи випадки руху кульки під дією сили тяжіння або ж сили пружності можна зробити такий висновок: якщо на тіло діє певна сила, то воно має потенціальну енергію.

Потенціальною енергією називають енергію взаємодії тіл або ж частин тіла.

Кінетична енергія. Потенціальна енергія тіла визначається його початковим і кінцевим положеннями й не залежить від особливостей переходу з одного стану в інший. Разом із тим, перехід механічної системи з одного стану в інший відбувається через механічний рух, характеристикою якого є швидкість. Тому розгляньмо залежність механічної енергії тіла або системи тіл від швидкості.

Молоток, маючи певну швидкість, б’є по цвяху і переміщує його на певну відстань. При цьому виконується механічна робота. М’яч, що випадково потрапив у вікно, розбиває скло і також виконує механічну роботу. Безліч таких прикладів можете навести і ви. Проте поміркуймо над питаннями: «Чому тіло виконало роботу?», «Внаслідок чого воно мало енергію?», «Від чого залежить величина цієї енергії?». Гадаємо, що ви були уважні й, тому зробили правильні висновки:

• 1) оскільки тіло виконало роботу, то воно мало енергію;
• 2) тіло мало енергію внаслідок свого руху;
• 3) енергія рухомого тіла залежить від його швидкості та маси: зі збільшенням цих величин енергія тіла збільшується.

Зрозуміло, що кінетичну і потенціальну енергію вимірюють у тих самих одиницях, що й роботу, тобто у джоулях.

Наостанку зазначимо, що оскільки швидкість тіла є відносною величиною, оскільки залежить від вибору системи відліку, то і кінетична енергія є також відносною величиною.

Головне у цьому параграфі

Механічною енергією називається фізична величина, що характеризує стан тіла або системи тіл, а її зміна під час переходу системи з одного стану в інший дорівнює виконаній роботі.

Величину, що характеризує енергію взаємодії тіла або системи тіл, називають потенціальною енергією.

Потенціальна енергія взаємодії тіла та Землі: W_п = mgh.

Рухоме тіло має кінетичну енергію. Кінетична енергія тіла – це фізична величина, що дорівнює половині добутку маси тіла на квадрат його швидко сті:

Енергію вимірюють у тих самих одиницях, що й роботу, тобто у джоулях.

Запитання для самоперевірки

• 1. Чи всі тіла мають потенціальну енергію? Відповідь пояснити.
• 2. Як змінюється потенціальна енергія тіла під час його вільного падіння?
• 3. Порівняйте потенціальну енергію книжки на робочому столі в класній кімнаті, у рюкзаку альпініста на Говерлі та на космічній станції.
• 4. Порівняйте потенціальну енергію двох тіл однакової маси т, розташованих на однаковій висоті h над поверхнею Землі. Одне тіло прикріплене до пружини, а друге лежить на поверхні.
• 5. Наведіть приклади тіл, які мають кінетичну енергію.
• 6. Чи можуть бути кінетична і потенціальна енергії тіла від’ємними?
• 7. Яка з енергій тіла, потенціальна чи кінетична, залежить від вибору системи відліку? Відповідь обґрунтуйте.

Огляд і тестування процесора AMD Ryzen 7 2700X: по шляху еволюції

У другому кварталі поточного року, а якщо точніше, то в п’ятницю 13 квітня, офіційно дебютувало друге покоління процесорів AMD Ryzen. До його релізу AMD підготувала яскраву презентацію з описом ключових нововведень, але ми не будемо займатися її повним переказом, а заощадимо ваш час і сконцентруємося лише на найбільш важливих аспектах.

Отже, в основі процесорів AMD Ryzen 2000 знаходиться 12-нм мікроархітектура Zen+, яка є злегка поліпшеним варіантом AMD Zen. Крім переходу на більш тонкий техпроцес, внесені зміни дозволили на 3% підняти показник IPC, на 11% знизити затримки при роботі з пам’яттю і на 13-34% – при роботі з кеш-пам’яттю різних рівнів. Найбільші зміни очікуються в 7-нм Zen 2, яка дебютує в наступному році.

Проте навіть такий невеликий перехід з 14 на 12 нм дозволив поліпшити ефективність використовуваних транзисторів, а саме: підняти максимальні швидкості орієнтовно на 250 МГц, підвищити оверклокерський потенціал і знизити робочу напругу.

У результаті при однакових частотах енергоспоживання новинок на 11% нижче, ніж у їхніх попередників, а при збереженні однакового теплового пакету вони можуть працювати на 16% швидше. Хоча, звичайно, багато що залежить від конкретного бенчмарка.

Дуже важлива зміна стосується алгоритму роботи технології Precision Boost 2. У першому поколінні максимальна паспортна динамічна частота була можлива лише для роботи 1-2 потоків, а якщо задіяно більше їх кількість, то швидкість істотно падала, злегка перевищуючи базову частоту. У другому поколінні падіння відбувається більш плавно, і більша кількість потоків може працювати при підвищених частотах. Тому в реальності різниця між швидкостями може становити 500 МГц і вище, хоча за паспортними даними цього не видно.

Ще одна важлива зміна в наборі технологій AMD SenseMI стосується Extended Frequency Range вона ж XFR. Якщо перше її покоління забезпечувало бонус у 50-100 МГц лише для одного потоку, то друге може піднімати швидкість для всіх ядер, якщо, звичайно, система охолодження справляється. Саме тому власники високоефективних повітряних кулерів і СВО можуть отримати ще до 7% приросту продуктивності.

Чим ще гарні нові процесори? По-перше, під кришкою використовується високоякісний припій, що знижує робочі температури на 10°С. І це не просто маркетингова заява – відомий оверклокер der8auer перевірив цей момент самостійно.

По-друге, разом з чіпсетами AMD 400-ї серії ви зможете скористатися технологією AMD StoreMI. Особливо корисною вона буде тим, хто раніше встановив систему та ігри на HDD, а потім докупив SSD і має багато оперативної пам’яті. З StoreMI вам не потрібно буде заново ОС на SSD – система самостійно визначає часто використовувані блоки і переносить їх на твердотілий диск, а також задіює до 2 ГБ оперативної пам’яті в якості швидкої кеш-пам’яті. Це прискорить роботу операційної системи, додатків та ігор, а також дозволить управляти всіма дисками як одним великим пулом, що дуже зручно при наявності великої кількості файлів.

Також можна згадати оновлену утиліту AMD Ryzen Master версії 1.3, яка надає більше інформації, отримала вбудований тест стабільності і дозволяє проводити оверклокинг окремих CCX-модулів.

Не забудемо і про оновлений комплектний топовий кулер AMD Wraith Prism, який отримав RGB-підсвічування. Але ще раз повторимо, що з новинками краще використовувати більш ефективні сторонні системи охолодження, якщо ви хочете отримати максимум.

Тепер давайте перейдемо до огляду самого процесора AMD Ryzen 7 2700X. На даний момент він позиціонується як флагманська модель, яка прийшла на зміну не тільки Ryzen 7 1700X, але і Ryzen 7 1800X. Хоча AMD натякнула, що вона може випустити Ryzen 7 2800X трохи пізніше, наприклад, в якості відповіді на дебют 8-ядерних чіпів під платформу Socket LGA1151.

Для початку давайте глянемо на його технічні характеристики.

Специфікація

AMD Ryzen 7 2700X