När man blir ombedd att utföra en fysiskt svår uppgift, kommer en typisk person sannolikt att säga antingen "Det är för mycket arbete!" eller "Det tar för mycket energi!"
Det faktum att dessa uttryck används omväxlande, och att de flesta använder "energi" och "arbete" för att betyda samma sak när det gäller deras förhållande till fysiskt slit , är ingen slump; som så ofta är fallet är fysiktermer ofta extremt upplysande även om de används gemensamt av vetenskapliga naiva människor.
Objekt som per definition har intern energi har förmågan att göra arbete Arbetet, i fysisk-vetenskapliga termer, är resultatet av en kraft som förskjuter eller förändrar positionen för ett föremål med massa. "Arbetet är kraft gånger avstånd" är ett sätt att uttrycka detta koncept, men som du hittar är det en överförenkling. Eftersom en nettokraft påskyndar eller ändrar hastigheten hos ett objekt med massa, utvecklas förhållandena mellan rörelse av ett objekt och dess energi är en kritisk färdighet för alla gymnasieskolestudenter. Arbetsenergistoremet paketerar allt detta tillsammans på ett snyggt, lätt assimilerat och kraftfullt sätt. Energi och arbete har samma basenheter, kg ⋅ m 2 /s 2. Denna mix får en egen SI-enhet, Joule. Men arbete ges vanligtvis i motsvarande Newton-meter (N ⋅m). Det är skalmängder, vilket betyder att de bara har en magnitude; vektorkvantiteter som F, a, v och d har både en storlek och en riktning. Energi kan vara kinetisk (KE) eller potential (PE), och i båda fallen finns den i många former. KE kan vara translationell eller roterande och involvera synlig rörelse, men den kan också inkludera vibrationsrörelse på molekylnivå och nedan. Potentiell energi är oftast tyngdkraft, men den kan lagras i fjädrar, elektriska fält och på andra håll i naturen. Netto (totalt) arbete som utförs ges av följande allmänna ekvation: W < sub> net \u003d F netto ⋅ d cos θ, där F netto är nätkraften i systemet, d är förskjutningen av objektet, och θ är vinkeln mellan förskjutningen och tvinga vektorer. Även om både kraft och förskjutning är vektorkvantiteter, är arbete en skalare. Om kraften och förskjutningen är i motsatta riktningar (som inträffar vid retardation, eller en minskning av hastigheten medan ett objekt fortsätter på samma väg), är cos θ negativt och W netto har ett negativt värde. Även känd som Work-Energy-principen, säger Work-Energy-teoremet att den totala mängden arbete som utförs på ett objekt är lika med dess förändring i kinetisk energi (den slutliga kinetiska energin) energi minus den initiala kinetiska energin). Krafter arbetar med att sakta ner föremål och påskynda dem, såväl som att flytta föremål med konstant hastighet när de gör det kräver att man övervinner en befintlig kraft. Om KE minskar, är nettobearbetet W negativt. Med andra ord betyder detta att när ett objekt bromsar har "negativt arbete" gjorts på det objektet. Ett exempel är en fallskärmshoppare fallskärm, som (lyckligtvis!) Får fallskärmshopparen att förlora KE genom att bromsa henne kraftigt. Ändå är rörelsen under denna retardations- (hastighetsförlust) -period nedåt på grund av tyngdkraften, mittemot dragkraftens dragkraft. Den vanligaste teoremformen är förmodligen W net \u003d (1/2) mv 2– (1/2) mv 0 2, Där v 0 och v är den initiala och slutliga hastigheten för objektet och m Tips Det enklaste sättet att föreställa sig teoremet är W net \u003d ∆KE, eller W net \u003d KE f - KE i. Som nämnts är arbetet vanligtvis i Newton-met ers, medan kinetisk energi finns i joule. Om inget annat anges är kraften i newton, förskjutningen är i meter, massan är i kilogram och hastigheten är i meter per sekund. Du vet redan att W < sub> net \u003d F netd cos θ, vilket är samma sak som W net \u003d m |
a |
|
d |
cos θ (från Newtons andra lag, F net \u003d ma). Detta innebär att kvantiteten (ad), förskjutningen av accelerationstiderna är lika med W /m. (Vi raderar cos (θ) eftersom det tillhörande tecknet tas om hand av produkten av a och d). En av de kinematiska vanliga rörelseekvationerna, som hanterar situationer som involverar konstant acceleration, relaterar ett föremål förskjutning, acceleration och slutliga och initiala hastigheter: ad \u003d (1/2) (v f 2 - v 0 2). Men eftersom du just såg den annonsen \u003d W /m, då W \u003d m (1/2) (v f 2 - v 0 2), vilket motsvarar W net \u003d ∆KE \u003d KE f - KE i. Exempel 1: En bil med en massa på 1 000 kg bromsar till en stopp från en hastighet av 20 m /s (45 mi /h) över en längd av 50 meter. Vilken kraft påförs bilen? ∆KE \u003d 0 - [(1/2) (1 000 kg) (20 m /s) 2] \u003d –200 000 J W \u003d –200 000 Nm \u003d (F) (50 m); F \u003d –4 000 N Exempel 2: Om samma bil ska bringas till vila från en hastighet av 40 m /s (90 mi /h) och samma bromskraft appliceras, hur långt kommer bilresa innan den stannar? ∆KE \u003d 0 - [(1/2) (1.000 kg) (40 m /s) 2] \u003d –800.000 J -800.000 \u003d (–4 000 N) d; d \u003d 200 m Därmed gör fördubblingshastigheten stoppavståndet till fyrdubbla, allt annat hålls detsamma. Om du har den kanske intuitiva idén i ditt sinne att gå från 40 mil i timmen i en bil till noll "bara" resulterar i dubbelt så lång slid som att gå från 20 mil i timmen till noll gör det, tänk igen! Exempel 3: Antag att du har två objekt med samma fart, men m 1> m 2 medan v 1 Du vet att m 1v 1 \u003d m 2v 2, så du kan uttrycka v 2 i termer av andra kvantiteter: v 2 \u003d (m 1 /m 2) v 1. Således är KE för det tyngre objektet (1/2) m 1v 1 2 och det för det lättare objektet är (1/2) m 2 [(m 1 /m 2) v 1] 2. Om du delar ekvationen för det ljusare objektet med ekvationen för det tyngre, finner du att det lättare objektet har (m 2 /m 1) mer KE än det tyngre. Detta innebär att när det konfronteras med en bowlingboll och marmor med samma fart, kommer bowlingbollen att kräva mindre arbete för att stoppa.
. När ett objekts kinetiska energi
(rörelseenergi; olika subtyper finns) förändras till följd av att arbetet utförs på objektet för att påskynda det eller bromsa det, ändras (ökar eller minskar) det kinetiska energi är lika med det arbete som utförs på det (vilket kan vara negativt).
Energi och arbete definierat
Definition av Work-Energy Theorem
Ekvation för arbetsenergistelsen
är dess massa, och W netto är nätarbetet, eller totalt arbete.
Newtons andra lag och Arbetsenergi Teorem -
Exempel på verkligheten i satsning
