Одиннадцатый класс
  1. Механика  1.1. Динамика  1.1.1. Движение в одном измерении  1.1.2. Motion in two and three dimensions  1.1.3. Перемещение и Расстояние  1.1.4. Скорость и вектор скорости  1.1.5. Ускорение и замедление  1.1.6. Графический анализ движения  1.1.7. Уравнения движения (расширенные выводы)  1.1.8. Свободное падение и терминальная скорость  1.1.9. Projectile motion  1.1.10. Относительная скорость в одномерном и двумерном пространстве  1.1.11. Motion of a car on an inclined plane  1.2. Dynamics  1.2.1. Законы движения Ньютона и их применения  1.2.2. Инерция и первый закон Ньютона  1.2.3. Force and types of force  1.2.4. Static and kinetic friction  1.2.5. Круговое движение и центростремительное ускорение  1.2.6. Неравномерное круговое движение  1.2.7. Банкинг дорог и кривых  1.2.8. Импульс и момент  1.2.9. Сохранение импульса в одномерной и двумерной пространстве  1.2.10. Применения третьего закона Ньютона  1.3. Работа, Энергия и Мощность  1.3.1. Работа, выполняемая постоянной и переменной силой  1.3.2. Теорема о работе и энергии  1.3.3. Кинетическая и потенциальная энергия  1.3.4. Гравитационная и упругая потенциальная энергия  1.3.5. Сохранение механической энергии  1.3.6. Мощность и мгновенная мощность  1.3.7. Эффективность машин  1.3.8. Работа, выполненная консервативными и неконсервативными силами  1.4. Вращательное движение  1.4.1. Крутящий момент и угловое ускорение  1.4.2. Равновесие вращения  1.4.3. Момент инерции и его применения  1.4.4. Угловой момент и его сохранение  1.4.5. Kinetic energy of rolling motion and rotation  1.4.6. Теорема параллельных и перпендикулярных осей  1.4.7. Динамика вращательного движения
  2. Гравитационная сила  2.1. Универсальное тяготение  2.1.1. Newton's law of universal gravitation  2.1.2. Гравитационное поле и потенциал  2.1.3. Изменение ускорения из-за гравитации  2.1.4. Kepler's laws of planetary motion  2.1.5. Orbital mechanics and satellites  2.1.6. Скорость ухода и орбитальная скорость  2.1.7. Weightlessness and free fall  2.1.8. Gravitational potential energy and energy in orbits  2.1.9. Черные дыры и гравитационное линзирование
  3. Свойства вещества  3.1. Механика жидкости  3.1.1. Плотность и давление в жидкостях  3.1.2. Pascal's theory and applications  3.1.3. Принцип Архимеда и плавучесть  3.1.4. Уравнение Бернулли и его применения  3.1.5. Continuity equation and the Venturi effect  3.1.6. Surface tension and capillarity  3.1.7. Вязкость и закон Пуазейля  3.1.8. Число Рейнольдса и турбулентность  3.2. Упругость и деформация  3.2.1. Hooke's law and the stress-strain relation  3.2.2. Модуль упругости и его применения  3.2.3. Deformation and yield strength of solids
  4. Thermal physics  4.1. Тепло и температура  4.1.1. Thermometric properties and temperature scale  4.1.2. Термическое расширение твердых тел, жидкостей и газов  4.1.3. Система теплообмена  4.1.4. Удельная теплоемкость и калориметрия  4.1.5. Скрытая теплота и фазовый переход  4.2. Кинетическая теория газов  4.2.1. Молекулярная модель газов  4.2.2. Кинетическое объяснение температуры  4.2.3. Уравнение идеального газа и отклонения  4.2.4. Mean free path and Maxwell–Boltzmann distribution  4.3. Законы термодинамики  4.3.1. Нулевой закон и тепловое равновесие  4.3.2. Первый закон и внутренняя энергия  4.3.3. The Second Law and Entropy  4.3.4. Цикл Карно и тепловые двигатели  4.3.5. Холодильники и тепловые насосы
  5. Волны и колебания  5.1. Простое гармоническое движение  5.1.1. Уравнения гармонических колебаний  5.1.2. Энергия в МГД  5.1.3. Damped and forced oscillations  5.1.4. Резонанс и приложения  5.1.5. Pendulum and spring-mass system  5.2. Волновое движение  5.2.1. Типы механических волн  5.2.2. Волновое движение и перенос энергии  5.2.3. Superposition Principle and Standing Waves  5.2.4. Reflection, Refraction and Diffraction  5.2.5. Эффект Доплера в звуке и свете  5.2.6. Pulsations and interference
  6. Electricity and Magnetism  6.1. Электростатика  6.1.1. Электрический заряд и его сохранение  6.1.2. Закон Кулона и его применение  6.1.3. Электрическое поле и электрический поток  6.1.4. Электрический потенциал и потенциальная энергия  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Электрический ток  6.2.1. Закон Ома и электрическое сопротивление  6.2.2. Сопротивление и температурная зависимость  6.2.3. Законы Кирхгофа и анализ цепей  6.2.4. Электрическая мощность и эффективность  6.2.5. Combination of resistors  6.3. Magnetism and Electromagnetism  6.3.1. Магнитные поля и их источники  6.3.2. Магнитная сила на движущиеся заряды  6.3.3. Electromagnetic induction  6.3.4. Законы Фарадея и Ленца  6.3.5. Индуктивность и трансформатор  6.3.6. Переменный ток и его применение
  7. Оптика  7.1. Отражение и преломление  7.1.1. Законы отражения и преломления  7.1.2. Зеркала и линзы  7.1.3. Total internal reflection and optical fiber  7.2. Волновая оптика  7.2.1. Интерференция и дифракция  7.2.2. Двойной щелевой эксперимент Юнга  7.2.3. Поляризация света
  8. Modern Physics  8.1.1. Photoelectric effect and Einstein's theory  8.1.2. Двойственность волны и частицы  8.1.3. Heisenberg's uncertainty principle  8.1.4. Эффект Комптона  8.2. Atomic and Nuclear Physics  8.2.1. Атомная модель и уровни энергии  8.2.2. Радиоактивный распад и период полураспада  8.2.3. Ядерное деление и синтез
  9. Электроника и связь  9.1. Semiconductors  9.1.1. pn junction and diode  9.1.2. Транзисторы и логические элементы  9.1.3. Интегральные схемы и их применения  9.2. Communication Systems  9.2.1. Основы аналоговой и цифровой связи  9.2.2. Беспроводная и оптическая связь  9.2.3. Модуляция и демодуляция

Одиннадцатый класс → Механика ↓


Работа, Энергия и Мощность


В изучении механики в рамках физики понятия работы, энергии и мощности важны для понимания различных движений и поведения объектов. Давайте рассмотрим эти понятия по очереди с подробными объяснениями и примерами, как теоретически, так и визуально.

Работа

Работа — это мера передачи энергии, которая происходит, когда объект перемещается на расстояние внешней силой, обычно совпадая с направлением перемещения. Формальное определение основано на математических терминах, где работа является произведением приложенной силы и расстояния, пройденного в направлении силы.

Формула расчета работы выражается как:

W = F × d × cos(θ)

Где:

  • W — выполненная работа (в джоулях, J)
  • F — приложенная сила (в ньютонах, N)
  • d — перемещение (в метрах, m)
  • θ — угол между направлением силы и перемещением.

Пример работы

Представьте, что вы толкаете ящик по полу. Если вы применяете силу в 10 N, чтобы переместить ящик на 5 м по полу в направлении вашего толчка, при этом направление вашей силы совпадает с направлением движения:

Использование формулы:

W = 10 × 5 × cos(0) = 50 J

Выполненная работа составляет 50 J, потому что cos(0) = 1.

Сила

Энергия

Энергия — это способность выполнять работу. Она существует в различных формах, таких как кинетическая энергия, потенциальная энергия, тепловая энергия и другие. В механике мы часто имеем дело с кинетической и потенциальной энергией.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия — это энергия, которую объект обладает благодаря своему движению. Она задается формулой:

KE = 0.5 × m × v²

Где:

  • KE — кинетическая энергия (в джоулях, J)
  • m — масса объекта (в килограммах)
  • v — скорость объекта (в метрах в секунду, м/с)

Пример кинетической энергии

Автомобиль с массой 1000 кг движется со скоростью 20 м/с. Его кинетическая энергия может быть рассчитана как:

KE = 0.5 × 1000 × (20)² = 200,000 J

Автомобиль имеет 200000 джоулей кинетической энергии.

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия — это запасенная энергия, которую объект обладает благодаря своей позиции или состоянию. Самая распространенная форма потенциальной энергии в механике — это гравитационная потенциальная энергия, которая зависит от высоты объекта над некоторой опорной точкой.

Формула гравитационной потенциальной энергии:

PE = m × g × h

Где:

  • PE — потенциальная энергия (в джоулях, J)
  • m — масса (в килограммах)
  • g — ускорение свободного падения (9.8 м/с² на Земле)
  • h — высота (в метрах, м)

Пример потенциальной энергии

Предположим, что книга с массой 1.5 кг находится на полке на высоте 2 м. Гравитационную потенциальную энергию относительно пола можно найти, используя формулу:

PE = 1.5 × 9.8 × 2 = 29.4 J

Потенциальная энергия книги составляет 29.4 джоуля.

Мощность

Мощность — это скорость, с которой работа выполняется или энергия передается. Она показывает, как быстро выполняется работа или используется энергия, и измеряется в ваттах (W), где один ватт равен одному джоулю в секунду.

Формула для расчета мощности:

P = W / t

Где:

  • P — мощность (в ваттах, W)
  • W — выполненная работа (в джоулях, J)
  • t — время выполнения (в секундах)

Пример мощности

Если лампочка расходует 120 джоулей энергии за 60 секунд, то мощность, потребляемая лампочкой, составляет:

P = 120 / 60 = 2 W

Лампочка использует энергию со скоростью 2 ватта.

Лампочка

Связь между работой, энергией и мощностью

В механике понятия работы, энергии и мощности взаимосвязаны. Когда работа совершается над объектом, энергия передается, что может изменить его кинетическую или потенциальную энергию. Мощность определяет, насколько быстро происходит передача энергии.

Рассмотрим ситуацию, когда вы поднимаете ящик. Работа, выполненная над ящиком, изменяет его потенциальную энергию, так как он приобретает высоту. Энергия, необходимая для его подъема, определяет мощность, которая зависит от того, как быстро вы поднимаете ящик.

Подъем

Заключение

Понимание работы, энергии и мощности предоставляет важные основы для анализа физических явлений. Работа — это действие приложения силы для перемещения объекта, которое может привести к изменению энергии. Кинетическая и потенциальная энергии — это два основных типа, представляющие скорость и положение объекта соответственно. Мощность измеряет, с какой скоростью может быть выполнена работа или использована энергия.

В повседневной жизни эти понятия помогают объяснить, как работают машины, как потребляется энергия, или как сила и движение приводят к значимым действиям. Освоение этих основ позволяет студентам лучше понять механику как часть их физического образования.


Одиннадцатый класс → 1.3


U
username
0%
завершено в Одиннадцатый класс

← Предыдущий (1.2.10)
Применения третьего закона Ньютона
Следующий (1.3.1) →
Работа, выполняемая постоянной и переменной силой

Комментарии 



Работа, Энергия и Мощность

https://www.physicsflow.com/g11/1.3?pfal=ru