Работа и мощность. Энергия тел.

1. Механическая работа. Единицы измерения работы.
2. Мощность. Единицы мощности.
3. Энергия. Формы энергии.

Механическая работа. Единицы измерения работы.

Прежде всего в физике изучается механическая работа. Разберем основные примеры работы:

• механическая работа при помощи силы мускул во время поднятия пакета с покупками;
• механическая работа при помощи силы давления, которая возникает в газах пороха и толкает пулю во время выстрела пистолета;
• механическая работа при помощи силы давления, которая возникает в сгорающих газах во время взлета и полета ракеты.

Вышеприведенные примеры показывают, что механическая работа происходит, когда объект движется под воздействием определенной силы.

Механическая работа происходит и тогда, когда сила, действующая на тело, уменьшает скорость его передвижения. К примеру, во время торможения автотранспортного средства механическую работу выполняет сила трения. Происходит трение тормозных колодок о диск, что уменьшает скорость автотранспортного средства.

Механическая работа не совершается, если объект остается неподвижным. К примеру, если упереться руками в шкаф, попытаться сдвинуть его со своего места, а он при этом останется в том же положении, то не будет совершения механической работы.

Механическая работа не совершается если на объект не действует какая-либо сила, а сам он движется по инерции.

Механическая работа происходит только в том случае, если на тело действует какая-либо сила и оно передвигается.

Чем большее расстояние человек будет нести пакет с покупками, тем больше сил он приложит, а, значит, совершит больше механической работы.

Под механической работой понимается физическая величина, которая равняется произведению приложенной к телу силы и пройденному телом пути по направлению данной силы.

Используется следующая формула:

A=F*s

А является работой, F – силой, а s – пройденным путем.

К основным свойствам механической работы относится:

1. Вышеприведенная формула используется только в тех случаях, в которых сила является постоянной, а также совпадает с направлением движения самого тела.
2. Под положительной работой понимается такая механическая работа, которая происходит, когда направление силы совпадает с направлением перемещения тела. А>0.
3. Под отрицательной работой понимается такая механическая работа, которая происходит, когда движение тела осуществляется в противоположном направлении относительно направления приложенной силы. А<0.
4. Работа не совершается, когда направление силы, которое действует на тело, перпендикулярно направлению его движения. А=0.

Единицы измерения механической работы

Джоуль (Дж) является единицей измерения механической работы.

1Дж = 1Н*м

Единица измерения механической работы получила свое наименование в честь известного английского ученого Джеймса Прескотта Джоуля (1818-1889).

Часто применяются килоджоули:

• 1 килоджоуль равен 1000 Джоулей.
• 1 Джоуль равен 0,001 килоджоулей.

Мощность. Единицы мощности.

В различных ситуациях на выполнение одной и той же механической работы требуется разное количество времени. К примеру, на 9-ый этаж многоквартирного дома необходимо поднять диван. Если мебель загрузить в лифт, то работа выполнится за считанные секунды. Если же поднимать диван пешком по лестнице, то на выполнение такой механической работы потребуется большее количество времени.

Грузовое автотранспортное средство перевезет определенный груз конкретного веса за один раз, а легковая машина выполнит это действие за некоторое количество подходов, перевозя груз по частям.

Под мощностью понимается физическая величина, которая равняется отношению механической работы ко времени, за которое она была выполнена.

Для вычисления мощности необходимо разделить работу на временной промежуток, за который она была совершена.

Используется следующая формула:

N=A/t

N является мощностью, A – работой, а t – временем совершения работы.

Существует два вида мощности:

1. Постоянная. За каждую секунду времени выполняется одинаковая механическая работа.
2. Непостоянная. За каждую секунду времени выполнятся разная механическая работа. Здесь говорят о средней мощности, которая вычисляется по следующей формуле: N_ср=A/t.

Единицы измерения мощности

Единица мощности – это такая мощность, во время которой за одну секунду времени выполняется работа в 1 Джоуль.

Единица измерения мощности (Ватт) получила свое наименование в честь шотландского изобретателя и инженера Джеймса Уатта.

Применяются и другие единицы – киловатты, мегаватты, милливатты:

• 1 милливатт равен 1000000 ватт.
• 1 ватт равен 0,000001 милливатт.
• 1 киловатт равен 1000 ватт.
• 1 ватт равен 0,001 киловатт.
• 1 милливатт равен 0,001 ватт.
• 1 ватт равен 1000 милливатт.

Дополнительно мощность измеряется в лошадиных силах:

• 1 лошадиная сила равна 735,5 ватт.
• 1 ватт равен 0,00013596 лошадиных сил.

Лошадиные силы используются в автомобильной сфере.

Механическая работа при известной мощности

Стандартно указание мощности можно найти в паспорте какого-либо технического устройства.

Рассмотрим табличку, в которой указаны мощности в киловаттах для различных устройств:

Человеческая мощность при обычных условиях работы имеет показатель в 70-80 Ватт. Большие физические нагрузки способны развить мощность до 730 Ват и больше.

При известной мощности можно вычислить механическую работу, которая была выполнена в определенный промежуток времени.

Формула имеет следующий вид:

A=N*t

Для вычисления механической работы необходимо выполнить произведение мощности на время, в течение которого выполнялась данная работа.

Разберем простую задачу для понимания работы формулы: кондиционер обладает мощностью в 2,6 киловатт. Какой объем механической работы он выполнит за двадцать минут.

2,6 киловатт = 2600 ватт, а 20 минут = 1200 секунд.

Воспользуемся рассмотренной выше формулой:

A = 2600 Ватт * 1200 секунд = 3120000 Ватт * секунды = 3120000 Джоулей = 3120 килоджоулей.

Энергия. Формы энергии.

Под энергией понимается мера взаимодействия различных форм движения и материи.

Энергия является основой каждой из 4-ёх природных сил:

1. Гравитационное взаимодействие.
2. Электромагнитное взаимодействие.
3. Сильное ядерное взаимодействие.
4. Слабое ядерное взаимодействие.

Каждое тепловое явление и движение имеет энергию. Масса тоже является проявлением энергии.

Энергия встречается в каждой естественной науке (физика, химия, астрономия и так далее).

Энергия является абстрактной концепцией. Познать ее мы можем лишь в границах сознания. По этой причине продолжительное время энергия ассоциировалась с философскими науками. Множеством выдающихся ученых было сформулировано несколько собственных теорий качественного и количественного определения энергии.

Британский естествоиспытатель Томас Юнг в 1807 году сформировал современное понимание энергии.

За основу была взята механическая работоспособность, связанная с научным значением механической работы.

Под энергией понимается такая количественная мера, которая сообщается внутри системы при создании физического изменения, показывающая способность тела совершать механическую работу.

Если какое-либо тело выполняет работу, значит оно обладает энергией. Чем больше количество работы, тем большее количество энергии оно имеет.

Единицы измерения энергии

Энергия имеет обозначение в виде буквы Е.

Было бы логично предположить, что, если энергия позволяет определить возможность выполнения механической работы, то она измеряется в Дж. Энергия является многогранной мерой, которая применяется к каждой системе, поэтому она выражается в более удобных внесистемных единицах измерения.

Разберем основные единицы измерения:

1. Калории. Одна калория равна 4,1868 Дж. Калорийность практически всегда обозначается на упаковках пищевой продукции и говорит об энергетической ценности продукта. Например, средняя калорийность куска пиццы составлять двести килокалорий. Это энергия необходимая для часового мытья окон в доме. 705,6 Джоулей – это приблизительно 1686 килокалорий. Такое значение составляет половинку суточной необходимой нормы для людей, ведущих активный образ жизни.
2. Киловатт-час. Таким образом энергия стандартно обозначается в электроэнергетике. Один киловатт-час равен 3,6 МДж. Эту единицу измерения можно встретить в квитанциях за оплату жилищно-коммунальных платежей.

Формы энергии

Энергия хоть и является абстрактным понятием, ее можно использовать для большого числа разнообразных систем (от обычных механизмов до атомного ядра). При помощи энергии можно вычислить число бензина необходимого для реализации различных процессов.

Существует несколько форм энергии:

1. Механическая энергия. Является энергией движения. Всё что перемещается на микроскопическом уровне считается проявлением механической энергии (бегущий зверь, лопасти вентилятора, движение автотранспортного средства).
2. Потенциальная упругая энергия. Является энергией силы упругости. Разжатое или сжатое тело начинает двигаться благодаря накопленной до этого потенциальной энергии.  Сжатие пружинки сообщает ей энергию, а разжимание приводит в движение.
3. Тепловая энергия. Если какое-либо тело выделяет тепло, значит оно имеет тепловую энергию. К примеру, чашка чая высвобождает часть собственной энергии, рассеивая ее в окружающую среду. Существует множество сфер, где тепловая энергия нашла полезное применение.
4. Звуковая энергия. Энергию можно услышать. Каждая звуковая вибрация, находящаяся в пространстве, имеет энергию. Более громкий звук обладает большим количеством энергии.
5. Электрическая энергия. Статичный или же движущийся электрический заряд тоже имеет энергию. Энергию заряда мы обычно превращаем в другие виды энергии. К примеру, лампочка освобождает тепловую и световую энергию благодаря энергии заряда.
6. Магнитная энергия. Энергией обладает и электромагнитное поле, которое образуется при помощи магнита. Если какое-либо тело окажется в поле действия магнита, то оно придет в движение. Скорость движения тела напрямую зависит от силы магнитного поля.
7. Химическая энергия. Химическая реакция является процессом, образующим тепло, кинетическое движение и звук, а значит, она высвобождает заряд энергии. Энергия такого вида хранится в связях между атомами. Ярчайшим примером химической энергии является еда.

Под потенциальной энергией понимается способность какого-либо материального тела выполнять работу за счет своего нахождения в поле сил. Такая энергия является элементом механической энергии системы.

Механические системы включают в себя две возможности:

1. Сила тяжести. Созревшее яблочко, которое отрывается от ветки и падает на землю, выполняет механическую работу благодаря нахождению в поле действия силы гравитационного притяжения Земли.  После пропажи точки опоры произойдет притягивание яблока к Земле.
2. Сила упругости. На упругое тело в разжатом или же сжатом состоянии влияет сила упругости, которая стремится вернуть его в положение равновесия.  Ярким примером является обычная пружинка – механизм, легко поддающийся процессу деформации.

Под кинетической энергией понимается мера способности движущегося материального тела выполнять механическую работу.

Под полной механической энергией тела понимается сумма кинетической и потенциальной энергии, остающейся постоянной при выполнении условия замкнутости системы.

Существуют консервативные и диссипативные силы.

Под консервативными силами понимаются такие силы, механическая работа против которых не меняет число полной механической энергии тела.

Под диссипативными силами понимаются такие силы, механическая работа против которых меняет число полной механической энергии тела.

Суммарная величина энергии всегда остается постоянной в замкнутой системе. Замкнутая система – это система, в которой действуют только консервативные силы.