Práce a energie
Přihlásit se
Práce a energie (1/10) · 9:18

Úvod do práce a energie Jaký je vztah mezí prací a energií?

Navazuje na Sílu a Newtonovy zákony.
Vítejte zpět. Představím vám nyní koncepty práce a energie. Toto jsou dvě slova, která jistě používáte v každodenním životě a máte nějakou představu o tom, co znamenají. Ale možná ne v kontextu fyziky, ačkoliv spolu do jisté míry souvisí. Práce, jistě víte co je práce. Práce je, když něco děláte. Jdete do práce, vyděláváte. Ve fyzice je práce... ...použiji spoustu slov, která jistým způsobem budou ve svých definicích cyklická. Ale myslím, že když začneme dělat výpočty, získáte více intuitivní představu o tom, co znamenají. Práce je energie přenášena sílou. Napíši to... energie přenášena... ...a toto mám z Wikipedie, protože jsem chtěl dobrou a snad relativně intuitivní definici... Energie přenášena sílou. A toto mi dává smysl. Ale jistě si říkáte, vím, co je to síla. Síla je hmotnost krát zrychlení. Ale co je energie? A tak jsem vyhledal energii na Wikipedii a co jsem našel, mi připadalo zábavné. Ale také vám to říká něco o tom, že jsou to pouze koncepty, které používáme pro práci s pojmy jako je pohyb, síla, práce a podobně. Ale ve skutečnosti to nejsou nezávislé pojmy. Souvisí spolu. Takže Wikipedie definuje energii jako schopnost dělat práci. Tak trochu používají jednoho pojmu k definování druhého. Schopnost dělat práci. Což je, upřímně, nejlepší definice, kterou jsem našel. Tato slova vám jistě nedají moc informací. Proto se teď přesunu k rovnicím, které vám pomohou lépe porozumět, co tato slova znamenají. Definice práce v mechanice je... práce je rovna síla krát dráha. Řekněme, že mám blok a... udělám to jinou barvou, protože tato žlutá by mohla být už trochu nudná. A použiji sílu... řekneme, že použiji sílu 10 newtonů. A pohnu tímto blokem použitím síly 10 newtonů. Pohnu tímto blokem... Řekněme, že jím pohnu o 7 metrů. Takže práce, kterou jsem použil na blok, nebo energie, kterou jsem bloku předal, tato práce rovna síle, 10 newtonů, krát dráha, tj. 7 metrů. A to bude rovno 70... 10 krát 7... ...newtonmetrů. Takže newtonmetr je jeden ze způsobů popisu práce. A je také definován jako jeden joule. Brzy udělám další prezentaci o této tématice. O joulech. Joule je jednotkou práce, ale také jednotkou energie. A ty jsou převoditelné. Pokud se podíváte na definice z Wikipedie, tak práce je energie přenášena sílou a energie je schopnost dělat práci. Prozatím ponecháme tyto relativně cyklické definice stranou. Použijeme tuto definici, která nám pomůže lépe porozumět typům práce, které můžeme udělat. A též jaké druhy energie vlastně předáváme objektu, když děláme daný typ práce. Uvedu několik příkladů. Řekněme, že mám blok. Mám blok o hmotnosti ‚m‛. Mám blok o hmotnosti ‚m‛ a ten je v klidu. Poté použiji sílu. Řekněme, že použiji sílu F po dráze ...asi tušíte, jakou dráhu použiji... ...po dráze ‚d‛. Takže tlačím tento blok silou ‚F‛ po dráze ‚d‛. A to, co chci vyřešit, je... No, víme, co je práce. Podle definice je práce rovna síla krát dráha, po které posouváme blok. Ale jaká bude rychlost posunu toho bloku? Bude to něco rychlejšího. Budu předpokládat, že zde nepůsobí tření. Síla není pouze pohyb bloku konstantní rychlostí, síla je rovna hmotnosti krát zrychlení. Ve skutečnosti urychluji blok. Takže přesto, že teď je stacionární, až se dostaneme do tohoto bodu, bude mít blok nějakou rychlost. Nevíme jakou, protože používáme samé proměnné, nepoužíváme žádná čísla. Ale vyřešme to jako výraz ‚v‛. Možná si pamatujete pohybové rovnice, pokud ne, možná se budete chtít vrátit zpět. Pokud jste ještě neviděli tato videa, je tu série o pohybu kulky a kinematice. Přišli jsme na to, že když zrychlujeme objekt po dané dráze, výsledná rychlost... změním barvy... ...výsledná rychlost na druhou je rovna počátení rychlosti na druhou plus 2 krát zrychlení krát dráha. Toto jsme dokázali již dříve, takže to nebudeme dělat znovu. Ale jaká je počáteční rychlost v této situaci? Počáteční rychlost byla 0. Jasné? Takže rovnice bude vf na druhou je rovno 2 krát zrychlení krát dráha. Nyní bychom mohli přepsat zrychlení... ...ve výrazech čeho? Výrazy práce a hmotnosti, že? Takže co je zrychlení? F je rovno m krát a. Neboli zrychlení se rovná síla děleno hmotnost. Dostaneme vf na druhou je rovno 2 krát síla děleno hmotnost krát dráha. Můžeme odmocnit na obou stranách a získat výslednou rychlost bloku. V tuto chvíli bude rovna druhé odmocnině z 2 krát síla krát dráha děleno hmotností. A takto bychom to vyřešili. Je tu něco zajímavého. Právě jsme udělali něco zajímavého. Vidíte něco, co vypadá trochu jako práce? Jistě. Máte tady tento výraz „síla krát dráha“. Síla krát dráha právě zde. Napíši další rovnici. Pokud víme, jakou má objekt rychlost, můžeme vyřešit, kolik práce je potřeba, abychom této rychlosti dosáhli. Můžeme nahradit sílu krát dráhu prací. Protože práce je rovna síla krát dráha. Pokračujme přímo z této rovnice, protože ji nemusíme umocňovat. Získáme vf na druhou je rovno 2 krát síla krát dráha. To je práce. Použiji tuto definici. 2 krát práce dělena hmotností. Vynásobme obě strany rovnice hmotností. Získáme hmotnost krát rychlost. A nemusíme psát... zbavme se tohoto f, protože víme, že jsme začali v klidovém stavu a že rychlost bude... řekněme pouze v. Takže m krát v na druhou je rovno 2 krát práce. Vydělme obě strany 2. Práce je rovna m krát v na druhou děleno 2. Vydělil jsem obě strany 2. A jednotka je samozřejmě joule. Toto je zajímavé. Teď, když znám rychlost objektu, mohu zjistit použitím této rovnice, která snad není tak komplikovaná na odvození, mohu zjistit, kolik síly bylo vynaloženo na objekt k dosažení této rychlosti. A to je podle definice zváno kinetickou energií. Toto je kinetická energie. A opět, definice, kterou nám dává Wikipedie, je energie v důsledku pohybu nebo práce potřebná ke zrychlení objektu z klidového stavu do jeho současné rychlosti. Už mi dochází čas, ale vystačíme si s touto rovnicí, že kinetická energie je rovna hmotnost krát rychlost na druhou děleno dvěma, neboli 1/2 krát m krát v na druhou. Je to běžná rovnice. Tím skončím. Jde o jednu formu energie. To nám prozatím stačí. V dalším videu vám ukáži další druhy energie. A pak vám představím zákon zachování energie. To bude velmi užitečné, protože uvidíte, jak může být jedna forma energie přeměněna na jinou, a uvidíte, co se stane s objektem. Uvidíme se brzy.
video