Tip:
Highlight text to annotate it
X
בפיסיקה,
הרעיון של עבודה וכוח עוזרים לנו להבין
ולהסביר הרבה דברים ביקום.
בואו נתחיל עם עבודה.
עבודה חיובית זו האנרגיה שאנחנו מכניסים למערכת,
ועבודה שלילית היא האנרגיה שמועברת החוצה.
חשבו על עבודה חיובית כעל כסף שמוסף לחשבון הבנק שלכם,
ועבודה שלילית ככסף שמוצא.
בשיטה המטרית,
עבודה ואנרגיה נמדדות בג'אול.
לדוגמה, בואו ניקח את שעון הסבא המכאני, העתיק והיפה.
אנחנו מעבירים אנרגיה לתוך השעון
כשאנחנו מותחים אותו
כדי להעלות צילינדרים מתכתיים כבדים בתוך השעון.
כשאנחנו עושים את זה, אנחנו עושים עבודה חיובית,
מוסיפים אנרגיה לשעון,
והאנרגיה הזו נשמרת כאנרגיה פוטנציאלית כבידתית.
אנחנו יכולים לחשב את כמות העבודה שנעשתה על ידי הכפלת הכוח שהפעלנו
כפול המרחק שבו הפעלנו את הכוח.
כדי להרים את גלילי המתכת,
אנחנו מפעילים כוח שווה למשקל שלהם.
זה אומר, שווה לכוח הכבידה
שמושך אותם למטה.
הגלילים האלה שוקלים 300 ניוטון,
שזה די כבד,
בערך במשקל של ילד קטן,
ואם נרים אותם 1/2 מטר,
אז אנחנו עושים 300 ניוטון
כפול 1/2 מטר
או 150 ג'אול של עבודה.
כוח הוא הקצב בו האנרגיה מועברת.
כשאנחנו אומרים קצב,
אנחנו מתכוונים לכמות האנרגיה המועברת
ליחידת זמן.
בשיטה המטרית, כוח נמדד
בג'אול לשניה,
או וואט.
המונח וואט חוזר אחורה לג'יימס וואט,
שהגה את הרעיון של כוח סוס
כדי למדוד את כמות הכוח
שמיוצרת על ידי סוס עבודה טיפוסי.
ג'יימס וואט היה יצרן של מנועי קיטור תעשייתיים,
והוא רצה שהלקוחות הפוטנציאלים שלו
יוכלו לעשות השוואות
בין מנועי הקיטור שלו ומידה מוכרת,
הכוח שהם יכולים לקבל מסוס עבודה.
זה היה רעיון כל כך יעיל
שהיחידה בשיטה המטרית לכוח, הוואט,
נקראת על שם ג'יימס וואט.
בעקבות ג'יימס וואט,
בואו נשווה את כמות הכוח הנדרשת
להפעיל את שעון הסבא
לכוח שדרוש להפעיל
נורת 100 וואט בוהקת.
אנחנו יכולים למדוד את הכוח שאדם מפעיל
כדי למתוח את השעון
על ידי חלוקת כמות העבודה שהם עשו
בזמן שהיה דרוש לעשות אותה.
אם זה לוקח דקה אחת, או 60 שניות,
כדי להרים את המשקולות,
אז הם עושים 150 ג'אול
חלקי 60 שניות,
או 2.5 ג'אולים לשניה של עבודה.
הם מוסיפים אנרגיה לשעון
בקצב של 2.5 וואט.
אתם תצטרכו בערך פי 40
כדי להפעיל נורת 100 וואט בוהקת.
לפני שניתן לשעון לפעול,
האנרגיה שמורה
כאנרגיה כבידתית פוטנציאלית בגלילים.
כאילו זה חשבון הבנק שלכם
כשאתם בדיוק הפקדתם כסף.
אבל אם ניתן לשעון לפעול,
הגלילים ינועו למטה באיטיות.
אנרגיה עוזבת את השעון.
למעשה, כשהגלילים מגיעים לתחתית,
כל האנרגיה שהכנסנו למערכת יצאה.
אז בכמה כוח משתמש השעון?
הכוונה היא, כמה ג'אול של אנרגיה לשניה עוזבת את השעון
אם לוקח 5 ימים לגלילים לחזור למקומם המקורי?
אנחנו יכולים לחשב את זה
מפני שאנחנו יודעים כמה עבודה עשינו
כשהרמנו את הגלילים:
150 ג'אול.
אבל הפעם, לקח 5 ימים במקום דקה.
חמישה ימים זה 5 פעמים 24
כפול 60
כפול 60 שוב
או 432,000 שניות.
אז אנחנו מחלקים את העבודה שנעשתה בזמן
ומוצאים שהתשובה היא בערך 0.00035 ג'אול לשניה,
או בערך 0.35 מיליוואט.
זו כמות מזערית של כוח.
השעון הזה משתמש בכל כך מעט כוח
שאתם תוכלו להפעיל כמעט 300,000 שעונים
עם הכוח שדרוש להפעלת נורת 100 וואט אחת.
זה נכון, תוכלו להפעיל שעון בכל בית
בעיר בינונית עם כמות הכוח הזו.
זו מסקנה די מדהימה
וזה הצריך ידע על עבודה
וכוח כדי להגיע לזה.