功、能量與功率
能量耗散(energy dissipation)
把雙手搓一搓會發熱;汽車緊急煞車後煞車片會發燙;一顆越彈越低的球最終靜止不動。在每一種情形裡,有序的運動能量都在變成我們稱之為熱的、雜亂而分散的分子抖動。能量耗散(energy dissipation)就是有用的機械能單向滑向低品質熱能與聲音的這個過程。
作案者是耗散力——像摩擦力和空氣阻力這類非保守力。它們一作用,就穩定地把物體的動能和位能,變成無數分子的隨機運動(溫度上升)外加一點聲音。能量沒有被消滅——總量完美守恆——但機械的那一份(動能加位能)會縮小。對一個大小為 f 的滑動摩擦力,能量耗散的速率大約是 f 乘以速率 v。
耗散是為什麼真實的單擺會慢慢停下、為什麼沒有機器能百分之百有效率、以及為什麼永動機不可能運轉的原因。它還有一種深刻的單向性:把運動變成熱很容易,但你無法輕易把散開的熱重新聚成有序的運動。這種不對稱與熱力學第二定律、以及時間之箭密切相關——從某種真實的意義上說,耗散正是過去為何有別於未來的原因。
一個 2 kg 的木塊以 3 m/s 滑過粗糙地板後停住。它的動能 1/2 x 2 x 3^2 = 9 J 並沒有消失——而是耗散成木塊與地板裡的熱、以及微弱的刮擦聲。足以讓接觸處稍微變暖,並且永遠地從機械帳目上消失了。
這 9 J 的運動能量並沒有不見,只是被降級了——它變成熱,原則上你可以測到一點點的溫度上升。
耗散掉的能量是被轉化、而非被消滅——總能量依然守恆。但它變得難用得多:散成熱之後,無法全部重新聚回有用的運動,這正是不可逆性的本質。
又称
另见