Что такое энергия?
способность выполнять измерение мощности
способность измерять расстояние
способность измерять давление
способность выполнять работу
В физике наиболее широкое определение энергии — это «способность выполнять работу».
Но, что такое работа?
Технически работа – это продукт перемещения силой:
Или интеграл прилагаемой силы к перемещению:
Всякий раз, когда изучаете пример, помните, что работа выполняется всегда, когда сила вызывает перемещение.
Если система в целом оказывает воздействие на окружающую среду и происходит перемещение, выполненная работа называется внешней работой.
Если часть системы прилагает усилие к другой части той же системы, и происходит перемещение, выполненная работа называется внутренней работой.
В механике, когда мы говорим, что работа выполнена, мы часто имеем в виду внешнюю работу.
Давайте представим человека, которому нужно произвести работу над книгой. Для него, имеющего книгу или любую другую систему в этом отношении, работа выполняется всякий раз, когда сила приводит к перемещению. Рассмотрим следующие примеры:
Книга в руке, не двигаясь. Никакая работа не выполняется над учебником, когда он находится в покое.
Книга в руке, двигаясь вверх. Положительная работа выполняется над учебником, когда он поднимается вертикально с постоянной скоростью.
Книга в руке, двигается вверх и вправо. Положительная работа также выполняется над учебником,
когда он поднимается по диагонали с постоянной скоростью.
Первый пример имеет очевидный смысл. Держа книгу, не перемещая ее, несомненно, не будет выполнено никакой работы над книгой. Замените человека столом или полом. Книга лежит на полу. Какую работу выполняет пол? Ничего не происходит. Ничего не делается, даже работа.
Второй и третий примеры также имеют смысл. Человек поднимает книгу, и она движется.
Сила привела к перемещению. Работа была выполнена. Это согласуется с нашим повседневным представлением о работе.
Давайте посмотрим на еще три примера.
Книга в руке двигается вправо. Никакая работа не выполняется над учебником, когда он ведется
горизонтально с постоянной скоростью.
Книга в руке двигается вниз и вправо. Отрицательная работа выполняется над учебником, когда он опускается по диагонали с постоянной скоростью.
Книга в руке двигается вниз. Отрицательная работа также выполняется над учебником, когда он опускается вертикально с постоянной скоростью.
Первый вариант говорит о том, что никакая работа не проводится, если перемещать книгу по ровной поверхности. В тоже время работа выполняется над объектом, когда сила вызывает перемещение. В первом примере приложенная сила является вертикальной, но перемещение является горизонтальным. Как же вертикальная сила влияет на горизонтальное движение?
Короткий ответ: «Никак».
Вертикальные силы влияют на вертикальное движение. Горизонтальные силы влияют на
горизонтальное движение.
Когда перемещение и сила параллельны, все просто. Когда движение и сила не параллельны, возникают трудности. Возникают векторы, в частности, векторные компоненты. Работа выполняется всякий раз, когда сила или компонент силы приводит к перемещению. Ни одна из составляющих силы не действует в направлении движения, когда книга перемещается горизонтально с постоянной скоростью. Сила и перемещение независимы. Никакая работа не сделана рукой над книгой.
Посмотрите на последние два примера этого набора из шести вариантов. Здесь мы видим отрицательную работу. Учитывая то, что было сказано о компонентах, эти изображения могут иметь или не иметь смысл. Еще раз, когда сила и перемещение параллельны, все просто.
Применяем силу → Перемещаем объект → Выполняем работу
Когда сила не совсем параллельна перемещению, это похоже, как будто вы прикладываете меньше силы.
Прилагаете меньшую силу → Делаете меньше работы
Это тоже довольно просто объяснить. Когда угол между силой и перемещением достигает 90°, составляющая силы, параллельная перемещению, уменьшается до нуля. Получается, что если сила направлена перпендикулярно перемещению:
не используем силу → Не выполняем работы
Сначала это предположение было нелогично, но теперь имеет смысл. Чем больше два вектора становятся не параллельными, тем меньше работы делается. Увеличьте угол за пределы 90°. Сила и перемещение начинают указывать в противоположных направлениях. На 90°, никакой работы не было сделано. За пределами 90 ° не должно быть выполнено никакой работы. Это отрицательная работа. Знак работы указывает направление ее изменения. Отрицательный знак указывает на потерю чего-либо. В случае опускания книги это означает снижение ее способности выполнять работу - снижение ее энергии. Поднятие книги требует работы. Поднятие книги увеличивает ее энергию. Теперь можно использовать энергию, хранящуюся в книге, для работы, и под «работой» подразумеваем физический труд. С его помощью можно, например, расколоть грецкий орех. Мы сделаем эту работу, опуская книгу. Что также снижает ее энергию. Она больше не сможет работать, когда вернется на стол. Поднятие книги действительно обозначает выполнение работы над ней.
Опускание книги показывает отрицательную работу. С точки зрения работы или энергии книга возвращается в исходное состояние.
Численно положительная работа, проделанная с целью его поднятия равна отрицательной работе, проделанной с целью опустить ее, в результате чего в целом над книгой не было сделано никакой работы.
Ситуация отличается от разбитого грецкого ореха.
Продолжение темы читайте здесь.
Вам нужно срочно заказать статью по физике для публикации? Обратитесь за помощью к нашим экспертам!
Комментарии