Работа, энергия, мощность | Физика
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: WH = FG * 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: WS = FS * 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: WB = FB * 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: WR = FR * 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.
Работа. Мощность. Энергия
Урок 19. Физика 10 класс ФГОС
В этом видеоуроке мы вспомним, что такое механическая работа и как она определяется. Узнаем, какие два фактора обязательны для совершения механической работы.
Выясним, какая физическая величина характеризует быстроту совершения работы. Вспомним, в каких случаях система тел может совершить работу.
Конспект урока “Работа. Мощность. Энергия”
Второй закон Ньютона в импульсной форме позволяет нам установить, как изменяется модуль и направление скорости тела при действии на него силы в течение некоторого промежутка времени. Но изменение скорости тела возможно только тогда, когда проекция силы на направление перемещения отлична от нуля. Именно эта проекция определяет действие силы, изменяющей скорость тела по модулю. Говорят, что она совершает механическую работу.
Механическая работа — это скалярная физическая величина, которая характеризует процесс перемещения тела под действием силы и равна произведению проекции силы на модуль перемещения:
Работа постоянной силы равна произведению модуля этой силы на модуль перемещения и на косинус угла между ними:
Из записанной формулы следует, что процесс совершения работы
возможен только при наличии силы, приложенной к телу, и перемещения тела под
действием этой силы.
Несмотря на то, что в общем случае перемещения разных точек твёрдого тела различны, при определении работы мы
Единицей измерения работы в СИ служит джоуль. Она названа в честь английского учёного Джеймса Прескотта Джоуля, который впервые обосновал эквивалентность работы и теплоты.
Один джоуль — это работа, совершаемая силой один ньютон при перемещении тела на один метр в направлении действия этой силы:
Часто в качестве единицы работы используются дольные и кратные единицы джоуля:
Из формулы для работы также видно, что в случае, когда угол
между направлением вектора силы и вектора перемещения острый, то работа этой силы
считается положительной. Если вектор силы и вектор перемещения составляют между
собой тупой угол, то значение косинуса этого угла будет меньше нуля. Значит, и
работа этой силы будет отрицательна. И наконец, если вектор силы
перпендикулярен вектору перемещения, то работа не совершается (точнее сказать,
работа этой силы равна нулю).
Для примера давайте с вами определим работу силы, под действием которой тело перемещается на 10 м. Сила направлена под углом 60о к горизонту, а её модуль равен 10 Н.
В случае, когда на движущееся тело действует несколько сил одновременно, каждая из них будет совершать работу. А общая работа будет равна алгебраической сумме работ, совершаемых отдельными силами (или говорят, равна работе равнодействующей силы).
Механическую работу можно представить в виде графика зависимости проекции силы от координаты тела. Для примера рассмотрим движение тела вдоль оси ОХ под действием постоянной силы. Очевидно, что в этом случае проекция силы на ось Х также будет постоянной. Поэтому её графиком будет прямая линия, параллельная оси координат тела. А работа этой силы численно равна площади закрашенного прямоугольника.
Если же сила изменяется в процессе движения, то её работу
можно представить как произведение средней силы на модуль перемещения.
Отметим ещё и тот факт, что механическая работа зависит от выбора системы отсчёта. Для примера представьте, что вы находитесь в кабине вертолёта, который заходит на посадку. Совершает ли работу действующая на вас сила тяжести? Если систему отсчёта связать с вертолётом, то нет, так как относительно него вы не двигаетесь. Однако в системе отсчёта, связанной с Землёй, вы движетесь, и поэтому сила тяжести будет совершать положительную работу.
Быстроту совершения работы характеризует физическая величина, называемая мощностью. Она равна отношению работы к промежутку времени, в течение которого эта работа была совершена:
Единицей мощности в СИ является ватт, названная в честь изобретателя универсального парового двигателя Джеймса Уатта
Один ватт — это мощность, при которой работа в один джоуль
совершается за одну секунду.
Широко используются и кратные единицы мощности:
А, например, мощность автомобильных двигателей до сих пор указывают во внесистемной единице — лошадиных силах (1 л. с. = 736 Вт).
Но вернёмся к формуле для определения мощности и подставим в неё выражение для работы:
Если учесть, что отношение модуля перемещения к промежутку времени, за который оно произошло, — это модуль скорости тела, то для постоянной силы и скорости мощность равна произведению модуля вектора силы на модуль вектора скорости и на косинус угла между направлениями этих векторов.
В заключение урока отметим, что если система тел может совершить работу, то говорят, что она обладает механической энергией или просто энергией.
Механическая энергия — это физическая величина, являющаяся функцией состояния системы и характеризующая её способность совершать работу.
Совершая работу, тело или система тел переходят из одного
состояния в другое, в котором их энергия минимальна.
Например, поднятый над
Землёй груз падает на её поверхность под действием силы притяжения к Земле.
Сжатая или растянутая пружина возвращается в недеформированное состояние под действием сил упругости. А движущееся тело со временем останавливается из-за действия сил трения. При этом во всех случаях изменение механической энергии равно работе приложенных к системе внешних сил.
Предыдущий урок 18 Импульс. Закон сохранения импульса
Следующий урок 20 Кинетическая и потенциальная энергии
Получите полный комплект видеоуроков, тестов и презентаций Физика 10 класс ФГОС
Чтобы добавить комментарий зарегистрируйтесь или войдите на сайт
Энергия против мощности – разница и сравнение
В физике энергия определяется как количество работы, которая может быть выполнена силой, тогда как мощность определяется как скорость, с которой выполняется работа.
Сравнительная таблица
| Энергия | Мощность | |
|---|---|---|
| Определение | Энергия – это способность выполнять работу. Энергия – это мощность, интегрированная во времени. | Мощность — это скорость, с которой совершается работа или передается энергия. |
| Единица измерения | джоуль = ватт-секунда или джоуль = ньютон-метр | ватт = | джоулей в секунду
| Общий символ(ы) | W | Р |
| Пример | Я оставил включенной лампочку мощностью 60 Вт на 30 дней, что увеличило мой счет за электроэнергию на 43,2 кВтч (киловатт-час). | Аккумулятор моего автомобиля может обеспечить 500 ампер при 12 вольтах, что соответствует мощности 6 кВт. |
Различные формы силы и энергии
Существуют различные формы энергии. К ним относятся кинетические, потенциальные, тепловые, гравитационные, электромагнитные, звуковые, световые и упругие. Форма энергии зависит от системы отсчета и может быть преобразована в другие формы. Например, потенциальная энергия зависит от положения объекта, тогда как кинетическая энергия — это энергия, необходимая для ускорения объекта до определенной скорости и так далее.
Различными формами энергии могут быть электроэнергия, то есть скорость, с которой электрическая энергия передается по цепи, человеческая сила и оптическая сила.
Преобразование энергии
Для преобразования одной формы энергии в другую можно использовать различные устройства. Например, батарея преобразует химическую энергию в электрическую, химический взрыв преобразует химическую энергию в кинетическую и тепловую энергию и так далее. Власть не может быть преобразована или трансформирована.
Измерение энергии и мощности
Хотя непосредственно измерить энергию невозможно, можно определить и измерить проделанную работу. Методы включают использование калориметра, который измеряет тепло, поглощаемое или выделяемое в химических реакциях или физических изменениях, термометра, который измеряет температуру, или болометра, который используется для измерения интенсивности излучения. Генерируемая энергия может быть сохранена, а мощность – нет.
Поскольку мощность — это энергия в единицу времени, теоретически ее можно рассчитать после измерения энергии, используемой в секунду. При расчете реальной потребляемой мощности электрического устройства необходимо измерять приложенное напряжение и потребляемый ток с учетом рассеиваемой в цепи мощности.
Разница в единицах измерения
Энергия обычно измеряется в джоулях, другие единицы включают эрги и калории. Мощность измеряется в ваттах, то есть в джоулях в секунду или эргах в секунду. Машину обычно описывают по номинальной мощности, чем выше число, тем мощнее машина.
Основные единицы СИ и производные единицы СИ
Уравнение
Мощность – это энергия в единицу времени. Как скорость изменения выполненной работы или энергии подсистемы мощность равна:
где P — мощность, Вт — работа и t — время.
Ссылки
- Википедия: Энергия
- Википедия: Сила
- Подписаться
- Поделиться
- Укажите
- Авторы
Поделитесь этим сравнением:
Если вы дочитали до этого места, подписывайтесь на нас:
«Энергия против силы». Diffen.com. Diffen LLC, н.д. Веб. 17 ноября 2022 г. < >
Работа, энергия и мощность — AP Physics 1
Все ресурсы AP Physics 1
7 Диагностические тесты 170 практических тестов Вопрос дня Карточки Learn by Concept
← Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 … 23 24 Следующая →
AP Physics 1 Help » Ньютоновская механика » Работа, энергия и сила
Бодибилдер занимается интенсивной тренировкой. В настоящее время он жимает штангу с массой . Если он делает шесть повторений с этим весом и его руки длинные, сколько работы было выполнено на штанге между моментом, когда штангу сняли со стойки и снова положили на стойку?
Возможные ответы:
Другие ответы здесь отсутствуют Объяснение:
Самая важная часть этого вопроса заключается в том, что он спрашивает, сколько работы было сделано на штанге, а не сколько работы приложил бодибилдер. Следовательно, мы можем использовать теорему об энергии работы:
Поскольку стержень изначально находится в состоянии покоя и возвращается в состояние покоя, чистая работа на стержне равна нулю. Вся энергия, прилагаемая бодибилдером, противодействует гравитации.
Подумайте о системе с практической точки зрения. Сравнивая начальное и конечное состояния, полоса находится в одном и том же положении.
Сообщить об ошибке
Полуприцеп с прицепом имеет общую массу . Если он движется вверх по склону от к горизонтали с постоянной скоростью, какую мощность развивает грузовик?
Возможные ответы:
Правильный ответ:
Объяснение:
Поскольку грузовик движется с постоянной скоростью, мы знаем, что вся мощность, развиваемая грузовиком, идет на увеличение потенциальной энергии. Приложенная мощность будет функцией изменения потенциальной энергии с течением времени. Следовательно, мы можем написать следующую формулу:
это вертикальная высота, поэтому нам нужно записать ее как функцию расстояния, пройденного вверх по склону:
Мы можем подставить скорость в это уравнение:
У нас есть значения для всех этих переменных, что позволяет нам решить:
Сообщить об ошибке
Приложена направленная вверх сила, чтобы поднять мешок a на высоту . Мешок поднимают с постоянной скоростью. Какая работа совершается над сумкой?
Возможные ответы:
Правильный ответ:
Пояснение:
Работа – это изменение энергии, поэтому на высоте мешок имеет больше потенциальной энергии, чем на земле (нулевая гравитационная потенциальная энергия). потенциальная энергия равна:
В качестве альтернативы .
в данном случае равно нулю, а
Сообщить об ошибке
Юри тащит свою повозку за собой по пути… туда, куда ее повозка должна ехать. Мастерская по ремонту вагонов. Ей предстоит путь — пять километров — и она тянет с усилием в 200 ньютонов. Если она тянет под углом 35 градусов к горизонту, какую работу совершит вагон, чтобы добраться до ремонтной мастерской?
Возможные ответы:
Правильный ответ:
Объяснение:
Работа, приложенная к объекту, равна точечному произведению векторов силы и смещения или произведению модулей векторов на синус угла между ними:
Работа, приложенная к вагону в этой задаче:
Сообщить об ошибке
Определите работу неконсервативных сил, если тело массой 10 кг, подброшенное в воздух, возвращается на ту же высоту со скоростью.
Возможные ответы:
Правильный ответ:
Объяснение:
Поскольку этот вопрос относится к работе, совершаемой неконсервативными силами, мы знаем, что:
Здесь – изменение потенциальной энергии, а – изменение кинетической энергии. потому что объект возвращается на ту же высоту, что и при запуске. однако изменилось, потому что изменилась скорость объекта. Напомним, что формула изменения кинетической энергии имеет вид:
Здесь — масса объекта, — конечная скорость объекта и — начальная скорость объекта.
В нашем случае:
, и
Отчет Ошибка
, выполняемая центрипетской силой на объекте, движущемся по кругу на постоянной скорости ________________.
Возможные ответы:
равна кинетической энергии объекта
ноль
равно приложенной силе
равно приложенной силе, умноженной на перемещение
Правильный ответ:
ноль
Объяснение:
Вспомним, что работу можно определить как:
Здесь – модуль вектора силы, – модуль вектора смещения и – угол между направлениями векторов силы и смещения. В случае кругового движения вектор силы нормален к окружности, поскольку он направлен внутрь, а вектор смещения касается окружности. Это означает, что угол между вектором силы и перемещением равен . Так как работа центростремительной силы над объектом, движущимся по окружности, всегда равна .
Сообщить об ошибке
Рауль толкает сломанную машину по равнине Мохаве к своему магазину.
Если его магазин находится в трех километрах и он толкает с геркулесовой силой в тысячу ньютонов в направлении своего магазина, какую работу совершит автомобиль?
Возможные ответы:
Правильный ответ:
Объяснение:
Работа определяется скалярным произведением силы и перемещения. Поскольку в этой задаче и сила, и перемещение имеют одно и то же направление, работа — это просто произведение их двух:0007
Сообщить об ошибке
В шутку Чарли приклеивает телефон Си Джея к приемнику, который привинчен к ее столу. Пытаясь вытащить его, Си-Джей тянет телефон с силой в . Затем она дергает телефон с силой в . К сожалению, все ее усилия напрасны, и ни телефон, ни трубка вообще не шевелятся. Сколько работы СиДжей проделала по телефону за 25 секунд?
Возможные ответы:
Правильный ответ:
Пояснение:
Работа есть мера силы и перемещения. Поскольку CJ вообще не двигал телефон, никакой работы не было.
Сообщить об ошибке
Фидо, маленькая собака весом , видит птицу на дереве и карабкается вверх с постоянной скоростью со средней силой . Если требуется Фидо, чтобы добраться до ветки, на которой сидит птица, то какой высоты будет эта ветка?
Возможные ответы:
Правильный ответ:
Объяснение:
Можно предположить, что собака должна нести весь свой вес вверх по дереву, и поэтому прилагается сила.