Девятый класс
  1. Механика  1.1. Движение  1.1.1. Виды движения  1.1.2. Расстояние и перемещение  1.1.3. Скорость и вектор скорости  1.1.4. Ускорение  1.1.5. Графическое представление движения  1.1.6. Уравнения движения  1.1.7. Равномерное и неравномерное движение  1.1.8. Свободное падение и ускорение свободного падения  1.1.9. Relative speed  1.1.10. Circular motion  1.2. Законы силы и движения  1.2.1. Понятие силы  1.2.2. Первый закон Ньютона  1.2.3. Newton's second law of motion  1.2.4. Третий закон Ньютона  1.2.5. Инерция и виды инерции  1.2.6. Motion  1.2.7. Conservation of momentum  1.2.8. Применение законов Ньютона в повседневной жизни  1.2.9. Types of Forces (Contact and Non-Contact)  1.2.10. Friction and its effects  1.3. Гравитационная сила  1.3.1. Закон всемирного тяготения Ньютона  1.3.2. Важность гравитационной силы  1.3.3. Ускорение из-за гравитации  1.3.4. Свободное падение и невесомость  1.3.5. Масса и вес  1.3.6. Изменение g с высотой и глубиной  1.3.7. Kepler's laws of planetary motion  1.3.8. Satellites and their orbits  1.4. Work, Energy and Power  1.4.1. Понятие работы  1.4.2. Положительные и отрицательные действия  1.4.3. Работа, совершаемая постоянной и переменной силой  1.4.4. Энергия и ее формы  1.4.5. Кинетическая и потенциальная энергия  1.4.6. Закон сохранения энергии  1.4.8. Коммерческая единица энергии  1.4.9. Теорема о работе и энергии  1.5. Простые механизмы  1.5.1. Types of simple machines  1.5.2. Механическое преимущество  1.5.3. Эффективность машин  1.5.4. Рычаги и их типы  1.5.5. Блоки и наклонные плоскости  1.5.6. Шестерни и их применение
  2. Свойства материи  2.1. Состояния материи  2.1.1. Solids, liquids and gases  2.1.2. Свойства различных состояний вещества  2.1.3. Изменение состояния вещества  2.1.4. Плазма и конденсат Бозе — Эйнштейна  2.2. Плотность и давление  2.2.1. Понятие плотности и относительной плотности  2.2.2. Давление в твердых телах, жидкостях и газах  2.2.3. Pascal's law and its applications  2.2.4. Атмосферное давление и его вариации  2.2.5. Surface tension and capillarity  2.3. Плавучесть и принцип Архимеда  2.3.1. Выталкивающая сила  2.3.2. Закон Архимеда  2.3.3. Применения принципа Архимеда  2.3.4. плавучие и тонущие объекты  2.3.5. Теория плавания и принцип Архимеда
  3. Теплота и термодинамика  3.1. Температура и тепло  3.1.1. Концепция тепла и температуры  3.1.2. Измерение температуры  3.1.3. Шкалы температуры  3.2. Heat transfer  3.2.1. Проводимость тепла  3.2.2. Конвекция тепла  3.2.3. тепловое излучение  3.2.4. Применения теплообмена  3.2.5. Теплопроводность  3.3. Thermal expansion  3.3.1. Расширение твердых тел, жидкостей и газов  3.3.2. Abnormal expansion of water  3.3.3. Применение теплового расширения  3.4. Удельная теплоемкость и скрытая теплота  3.4.1. Концепция удельной теплоемкости  3.4.2. Измерение и применение удельной теплоемкости  3.4.3. Latent heat of fusion and vaporization  3.4.4. Тепловые двигатели и эффективность
  4. Волны и звук  4.1. Waves and their types  4.1.1. Механические и электромагнитные волны  4.1.2. Продольные и поперечные волны  4.1.3. Свойства волн  4.1.4. Длина волны, частота и скорость волны  4.1.5. Наложение волн  4.2. Звуковые волны  4.2.1. Природа и передача звука  4.2.2. Скорость звука в различных средах  4.2.3. Отражение звука и эхо  4.2.4. Sonar and ultrasound  4.2.5. Резонанс и пульсация  4.3. Характеристики звука  4.3.1. Интенсивность, громкость и качество звука  4.3.2. Эффект Доплера в звуке
  5. Освещение и оптика  5.1. Отражение света  5.1.1. Законы отражения  5.1.2. Отражение от плоского зеркала  5.1.3. Отражение от сферического зеркала  5.1.4. Формирование изображения вогнутыми и выпуклыми зеркалами  5.1.5. Применения отражения  5.2. Преломление света  5.2.1. Законы преломления  5.2.2. Показатель преломления  5.2.3. Преломление через стеклянную плиту  5.2.4. Refraction in water and air  5.2.5. Lenses and their types  5.2.6. Image formation by convex and concave lenses  5.2.7. Total internal reflection and its applications  5.3. Дисперсия и рассеяние света  5.3.1. Спектр белого света  5.3.2. Prisms and Dispersion  5.3.3. Эффект Тиндаля и голубое небо
  6. Электричество и магнетизм  6.1. Электрический заряд и статическое электричество  6.1.1. Понятие электрического заряда  6.1.2. Зарядка трением, контактом и индукцией  6.1.3. Электроскоп и его работа  6.2. Current Electricity  6.2.1. Понятие электрического тока  6.2.2. Ohm's Law and Resistance  6.2.3. Факторы, влияющие на сопротивление  6.2.4. Последовательные и параллельные схемы  6.2.5. Тепловой эффект электрического тока  6.2.6. Электрическая мощность и энергия  6.3. Магнетизм  6.3.1. Естественные и искусственные магниты  6.3.2. Свойства магнитов  6.3.3. Earth's magnetism  6.3.4. Magnetic field and field lines  6.3.5. Электромагниты и их применение
  7. Современная физика  7.1. структура атома  7.1.1. Atomic Structure and Subatomic Particles  7.1.2. Электроны, протоны и нейтроны  7.1.3. Модель Резерфорда и Бора  7.2. Радиоактивность  7.2.1. Types of radioactive emissions  7.2.2. Период полураспада и радиоактивный распад  7.2.3. Использование и опасности радиации
  8. Space science and astronomy  8.1. Вселенная и ее компоненты  8.1.1. Звезды и галактики  8.1.2. Planets and Solar System  8.2. Спутники  8.2.1. Естественные и искусственные спутники  8.2.2. Использование спутников

Девятый класс → Механика → Work, Energy and Power ↓


Теорема о работе и энергии


Теорема о работе и энергии является очень важной концепцией в физике, особенно при изучении механики. Она описывает взаимосвязь между работой, выполненной над объектом, и изменением его кинетической энергии. Поняв эту теорему, вы получите представление о том, как силы влияют на движение объектов.

Понимание работы, энергии и мощности

Прежде чем углубиться в теорему о работе и энергии, давайте разберемся с некоторыми ключевыми терминами: работа, энергия и мощность.

Что такое работа?

Работа может иметь много значений в повседневной жизни, но в физике работа имеет конкретное значение. Работа выполняется, когда сила заставляет объект двигаться в направлении силы. Она может быть рассчитана по формуле:

Работа (W) = Сила (F) × Расстояние (d) × cos(θ)

Здесь θ - это угол между силой и направлением движения.

Например, представьте, что вы толкаете ящик по полу. Если вы приложите силу 10 Ньютоны, чтобы толкнуть ящик на 5 метров в направлении силы, выполненная работа составит:

W = F × d × cos(θ) = 10 N × 5 м × cos(0°) = 50 Джоулей

Это потому, что сила и скорость находятся в одном направлении (угол 0°), и cos(0°) равно 1.

Что такое энергия?

Энергия - это способность выполнять работу. Она существует в различных формах, таких как кинетическая энергия, потенциальная энергия, тепловая энергия и другие. В контексте теоремы о работе и энергии нас в основном интересует кинетическая энергия.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия - это энергия, производимая объектом из-за его движения. Она зависит от массы и скорости объекта и рассчитывается по следующей формуле:

Кинетическая энергия (KE) = 0.5 × Масса (m) × Скорость (v)^2

Например, если объект массой 2 кг движется со скоростью 3 м/с, его кинетическая энергия составит:

KE = 0.5 × 2 кг × (3 м/c)^2 = 9 Джоулей

Что такое мощность?

Мощность - это скорость выполнения работы или передачи энергии. Она измеряется в ваттах (W) и может быть рассчитана по формуле:

Мощность (P) = Работа (W) / Время (t)

Например, если 100 джоулей работы выполнено за 5 секунд, мощность составит:

P = 100 Джоулей / 5 с = 20 Ватт

Объяснение теоремы о работе и энергии

Согласно теореме о работе и энергии, работа, выполненная приложенной на объекте силой, равна изменению его кинетической энергии. Проще говоря, когда работа выполняется над объектом, это изменяет энергию объекта.

Математическое выражение

Эта теорема может быть выражена математически следующим образом:

Выполненная работа (W) = Изменение кинетической энергии (ΔKE)

Это можно записать в виде:

W = KE_конечное - KE_начальное

Где:

  • KE_конечное - кинетическая энергия в конечном состоянии.
  • KE_начальное - кинетическая энергия в начальном состоянии.

Визуальный пример

Рассмотрим пример, когда мяч катится по ровной поверхности. Он начинает с начальной скорости, а затем на него прикладывается сила для ускорения.

Начальное Во время Конечное

В этой иллюстрации:

  • Левый шар представляет начальное состояние кинетической энергии.
  • Средний шар представляет шар в движении, когда на него выполняется работа.
  • Правый шар представляет конечное состояние, когда кинетическая энергия увеличилась.

Текстовые примеры

Рассмотрим практический пример применения теоремы о работе и энергии:

Представьте, что вы едете на велосипеде. В начале вы начинаете с покоя и начинаете крутить педали. Через какое-то время вы достигаете скорости 5 м/с. Кинетическая энергия велосипеда увеличивается благодаря работе, выполненной силой, которую вы прикладываете к педали. Мы можем выразить эту ситуацию в уравнениях:

Предположим, что общая масса вас и велосипеда составляет 70 кг. Начальная кинетическая энергия, когда велосипед находится в состоянии покоя:

KE_начальное = 0.5 × 70 кг × (0 м/с)^2 = 0 Джоулей

Конечная кинетическая энергия после достижения скорости составляет:

KE_конечное = 0.5 × 70 кг × (5 м/с)^2 = 875 Джоулей

Таким образом, выполненная работа над велосипедом:

Выполненная работа (W) = KE_конечное - KE_начальное = 875 Джоулей - 0 Джоулей = 875 Джоулей

Применения теоремы о работе и энергии

Теорема о работе и энергии - это фундаментальный принцип, используемый в различных приложениях:

В инженерии

Инженеры используют принцип работы и энергии для проектирования машин и транспортных средств. Например, понимание того, как работа преобразуется в энергию, помогает создавать более эффективные двигатели, лифты и системы перемещений.

В легкой атлетике и спорте

В спорте атлеты используют этот концепт для улучшения своих результатов. Например, спринтеры прикладывают больше усилий, чтобы увеличить свою кинетическую энергию, что приводит к более высоким скоростям.

В повседневной жизни

Мы неосознанно применяем теорему о работе и энергии в повседневной деятельности, даже не понимая, что это такое. Толкание тележки с покупками, езда на велосипеде в школу или даже поднятие книг - все это связано с работой, которая приводит к изменению кинетической энергии.

Космические зонды

Применение этой теоремы распространяется и на космические исследования, где она помогает рассчитывать требования к топливу для изменения скорости космических аппаратов.

Заключение

Теорема о работе и энергии обеспечивает важную взаимосвязь между приложенной силой и изменениями импульса. Её последствия простираются от повседневных явлений до сложных инженерных конструкций. Понимая, как работа влияет на энергию, вы можете лучше понять движение и механику, на которых основан окружающий нас мир.

С этими знаниями вы теперь готовы изучать темы в физике на более глубоком уровне и заложить прочный фундамент для понимания взаимодействия энергии и работы, чтобы создавать движение и выполнять работу.


Девятый класс → 1.4.9


U
username
0%
завершено в Девятый класс

← Предыдущий (1.4.8)
Коммерческая единица энергии
Следующий (1.5) →
Простые механизмы

Комментарии 



Теорема о работе и энергии

https://www.physicsflow.com/g9/1.4.9?pfal=ru