الطاقة والعمل

العمل يتم عندما يتحرك القوة من خلال المسافة.

لا حركة ولا عمل!

هؤلاء الناس يقومون بعمل، لأنها رفع الأثقال

هذا الرجل لم يعمل للحصول على أوزان تصل،
ولكن في الوقت الحالي هو عدم القيام بأي عمل مثل الأوزان لا تتحرك

هذا الرجل هو أيضا لا تقوم بأي عمل

هذا جرار يقوم بعمل لأنها تسحب بالات القش على طول.

نفس الاتجاه!

يتم قياس القوة والحركة في نفس الاتجاه .

العمل =   القوة × القطر × كوس θ

حيث θ هي الزاوية بين القوة واتجاه الحركة.

حتى لا يتم تضمين أي القوة التي جانبية للحركة.

مثال: جون يدفع مربع 3 م على التوالي إلى الأمام باستخدام 200 N القوة. ولكن مساعيه هو قليلا صعودا بنسبة 20 درجة.

أبدا ب:

العمل = القوة × القطر × كوس θ

وضعت في القيم نعرف:

العمل = 200 N × 3 م × جتا 20 °

العمل = 200 N × 3 م × 0.9397 ...

العمل = 564 N م (إلى أقرب N م)

1 N م هو 1 الجول (J) وحدة المفضل للعمل والطاقة (أكثر على ذلك لاحقا):

العمل = 564 J

(بدون كوس θ، و خاطئة القيمة ستكون 600 J)

وهنا بعض زوايا أخرى:

كوس (0 درجة) = 1		كوس (60 درجة) = 0.5		كوس (90 درجة) = 0
W = فد		W = × 0.5 فد		W = 0

لذلك تذكر:

• دون حركة لا يوجد عمل
• القوة والحركة في نفس الاتجاه
• العمل =   القوة × القطر × كوس θ

طاقة

الطاقة هي القدرة على القيام بعمل .

هو مثل والطاقة المخزنة من العمل .

• عندما يتم العمل من قبل شيئا فإنه يفقد طاقة
• عندما يتم العمل على شيء فإنه يكتسب طاقة

يمكن أن تكون الطاقة في أشكال عديدة!

A الربيع ملفوف ديه الطاقة المرنة.

بطارية تحتوي على الطاقة الكهربائية. يمكننا أن استنزاف تلك الطاقة إلى القيام بعمل.

وقود يحتوي على طاقة كيميائية. محركا يمكن أن تتحول ذلك الوقود (مع الأكسجين) في العمل، مما يجعل سيارتك تذهب!

مطرقة ديها الطاقة الميكانيكية:

• عندما أقام له المحتملة للطاقة (طاقة الوضع)
• عندما يسقط لها الحركية الطاقة (طاقة الحركة)

وغني عن الطاقة من تخزين واحد إلى آخر، أو يذهب إلى الحرارة:

الحرارة هي نوع من الطاقة أيضا. في الواقع فإن المبلغ الإجمالي للطاقة يبقى على حاله:

الطاقة لا يمكن أن تنشأ أو دمرت.

وهذا ما يسمى حفظ الطاقة : الطاقة فقط يحصل تحول ومجموع ثابتا.

والطاقة المفقودة إلى نظام عندما يتركها. بطارية يفقد الطاقة عندما القوى ضوء. تفقد أجسامنا الحرارة في كل وقت.

وعندما نقول "فقدان الطاقة في شكل حرارة" نعني حقا هو الطاقة تبدد (انتشرت) في البيئة، وأنها لم تذهب من الكون .

مخطط سانكي

A "سانكي مخطط" يظهر فيها وغني عن الطاقة. عرض السهم يظهر كم يذهب فيه.

هنا هو مخطط سانكي لمحرك البنزين في السيارة:

ملاحظة: "MJ" هو الميغاجول (مليون جول). إضافة عنها للتأكد من المباراة المجاميع!

في الجول

الوحدة الأساسية للطاقة والعمل هي الجول (J):

1 جول هو العمل الذي قام به 1 نيوتن تتحرك 1 متر

1 J = 1 N × 1 م

في الجول لديها وحدات N م ، أو كجم م ² / ث ² (لأن نيوتن هو كغ م / ث ² )

فقط القوة والحركة في نفس الاتجاه العد، لذلك وصفا أكثر دقة هو:

1 J هو العمل المنجز إلى كائن عندما قوة من 1 N الأفعال على هذا الكائن في اتجاه الحركة من خلال مسافة 1 متر.

على سبيل المثال: كم من الطاقة اللازمة لرفع تفاحة 0.1 كجم بنسبة 1 متر؟

إلى عقد التفاح 0.1 كغ ضد الجاذبية يحتاج 1 نيوتن القوة :

F = م ز

F = 0.1 كجم × 9.8 م / ث ²

F ≈ 1 N

لكن عقد التفاح لا يعمل، يحتاج التفاح إلى التحرك !
لذلك، ورفع ذلك باستخدام 1 N ل 1 م (سواء في نفس الاتجاه!) يعطي:

العمل =   1 N × 1 م × كوس 0 °

  = 1 J

كم الثمن؟

واحد جول حول:

• الطاقة اللازمة لرفع تفاحة 0.1 كجم حتى 1 متر
• الطاقة المنطلقة عندما يسقط التفاح تتراجع مرة أخرى
• الحرارة اللازمة لرفع واحد قطرة من الماء بنسبة 5 ° C
• 1 واط من الكهرباء لمدة 1 ثانية

و:

• يستخدم ضوء LED حول 3 J كل ثانية
• والإنسان في بقية النشرات حول 60 J الحرارة في كل ثانية

A كيلو جول (كج) 1000 J:

• ألف سخان مروحة النشرات حول 2 كج من الحرارة في كل ثانية
• لتسخين المياه لتناول فنجان من القهوة يحتاج 80 كج

A الميغاجول (MJ) هو 1000000 J:

• سيارة 2500 كلغ الذهاب في السرعة على الطرقات السريعة لديه 1 MJ من الطاقة
• يستخدم TV كبيرة حول 1 MJ الكهرباء كل ساعة
• واحد ساعة كيلوواط (كيلووات ساعة) من الكهرباء هي 3.6 MJ
• ألف سخان مروحة النشرات حول 8 MJ الحرارة كل ساعة

A Gigajoule (GJ) هو 1000000000 J:

• الطاقة الشمسية الساقطة على سطح حوالي 1 GJ إلى 5 GJ كل يوم
• يستخدم الشخص عن 20 GJ في وطنهم من كل عام

نجاعة

الكفاءة هي كم من الطاقة غير مفيدة كما في المئة من إجمالي الطاقة .

الكفاءة = مفيدة الطاقة إجمالي الطاقة كنسبة مئوية

مثال: للحصول على كل 100 MJ (الميغاجول) من الطاقة يستخدم محرك البنزين، وفقط 25 MJ يذهب إلى القيادة إلى الأمام.

الكفاءة = 25 MJ 100 MJ = 25٪

ملخص

• العمل الأوقات القوة المسافة (في نفس الاتجاه!)
• W = F د كوس θ
• الطاقة هي القدرة على القيام بالعمل
• وغني عن الطاقة من تخزين واحد إلى آخر، أو يذهب لتسخين
• الطاقة لا يمكن إنشاء أو دمرت (حفظ الطاقة)
• الوحدة الأساسية للطاقة هي 1 الجول (J)
• 1 J = 1 N م