Работа, энергия, мощность

Работа и энергия

Если некоторая сила F будет действовать на тело на всем протяжении пути S, то мы сможем вычислить работу A, которую совершает данная сила. Работу можно найти, если силу F умножить на пройденное расстояние S: A = F * S. Единицей измерения работы является джоуль (Дж).

Работа по подъему груза → Потенциальная энергия

При подъеме какого-нибудь тела проделанная работа будет равна силе тяжести, умноженной на высоту подъема: W_H = F_G * s.

Поднимая тело на некоторую высоту, мы можем преобразовать работу в энергию. Эта энергия называется потенциальной.

Работа сил упругости → Потенциальная энергия упругости

Натягивая лук, мы совершаем работу, равную силе тяги, умноженной на расстояние, на которое была оттянута стрела: W_S = F_S * s.

Натянув лук, мы сохраним энергию. Эта энергия называется потенциальной энергией упругих сил.

Изменение ускорения → Кинетическая энергия

Если транспортное средство увеличивает скорость, это значит, что была проделана работа, направленная на создание и изменение ускорения движения: W_B = F_B * s = m * a * s.

Энергия, сохраненная в виде движения, называется кинетической.

Работа сил трения → Тепловая энергия

Когда мы перемещаем тело, то работа будет равна силе тяги, умноженной на путь: W_R = F_R * s.

Если тело перемещается по неровной поверхности, то появится трение, которое будет причиной возникновения тепла. Таким образом, силы трения совершают работу по преобразованию энергии движения в тепловую энергию.

Мощность

Мощность показывает, насколько быстро совершается работа. Поэтому мощность равна совершенной работе, деленной на время, затраченное на эту работу: P = W / t.

Мощность измеряется в ваттах (Вт).

1 Вт равен 1 Дж, деленному на 1 секунду.

Закон сохранения энергии

Энергия может превращаться из одного вида в другой и, самое главное, никакая часть энергии не может пропасть бесследно.

Возьмем обыкновенный мяч и на его примере рассмотрим, каким образом различные виды энергии и работы превращаются в другие. Для начала мяч должен упасть.

Во время падения мяч движется с определенным ускорением. Его первоначальная потенциальная энергия превратится в кинетическую энергию движения. Из-за сопротивления воздуха часть кинетической энергии перейдет во внутреннюю энергию, и следовательно, температура воздуха внутри мяча поднимется. В сумме энергия останется неизменной.

При сжатии мяча с ним будет проделан другой вид работы. Энергия движения мяча превратится в энергию сжатия.

В тот момент, когда мяч принимает первоначальную форму, энергия сжатия снова превратится в кинетическую энергию, при этом часть энергии выделится в виде тепла.

Мячик подпрыгивает, и кинетическая энергия превращается в потенциальную энергию.

Но мячик не может подпрыгнуть на первоначальную высоту, так как часть энергии уже превратилась в тепло и выделилась в воздух.

Мячик будет прыгать до тех пор, пока не остановится на земле. Энергия, которой мяч обладал в начале, превратится во внутреннюю энергию тела и затем рассеется в виде тепла в воздухе.

Если бросите с определенной высоты мяч и дождетесь пока он вернется в состояние равновесия, то вся потенциальная энергия перейдет в тепловую энергию.

Коэффициент полезного действия

Действие различных машин основано на превращении одного вида энергии в другой. Возьмем, например, автомобиль, в котором химическая энергия бензина превращается в кинетическую энергию движения. При этом возникают различные виды невостребованной энергии, например, тепловая энергия и энергия трения. Та часть первоначальной энергии, которая превратилась в нужный вид энергии, показывает продуктивность действия машины и называется коэффициентом полезного действия (КПД) машины. В обыкновенном автомобиле КПД составляет примерно 20-30 процентов.