У цій статті я хотів би зупинитися на іншій фізичній величині, а це сила.
Сила виникає внаслідок взаємодії двох тіл, або між фізичними полями (поле тяжіння та електричне поле) та тілом.
Одиницею сили є Ньютон N.
Сила 1N виражає кількість енергії (механічної роботи), яку одне тіло продає іншому тілу за одиницю часу 1с.
Формула для обчислення сили F = m * a.
F = сила, m = маса, a = прискорення,
Сила F викликає прискорення a для тіла масою m.
Щоб тіло вагою 5 кг за 1 с досягло швидкості 2 м/с, на нього повинна діяти сила 10 Н.
a = v/t = 2/1 = 2m/s 2, F = m * a = 5 * 2 = 10N,
За 1с сила 10Н виконує роботу W = F * t = 10 * 1 = 10J
Ш = F * s = 0,5 * м * v 2 = 0,5 * 5 * 2 2 = 10 Дж,
У цьому випадку обсяг роботи, виконаної за обома формулами, однаковий.
Щоб тіло вагою 5 кг досягло швидкості 4 м/с, до нього потрібно прикласти силу 10 Н 2 рази протягом більш тривалого часу 2 с.
Через 2 секунди сила 10N виконає роботу W = F * t = 10 * 2 = 20J
W = F * s = 0,5 * m * v 2 = 0,5 * 5 * 4 2 = 40N,
Щоб досягти швидкості в 2 рази, однакова сила при одній і тій же масі тіла повинна виконати в 2 рази більше роботи, а не в 4 рази, оскільки вона базується на дійсній формулі для розрахунку роботи.
Фактичний обсяг роботи з рівноприскореним рухом можна розрахувати лише за формулою W = F * t!
Щоб тіло масою m досягло швидкості v, завжди повинен виконуватися однаковий обсяг роботи W, незалежно від величини застосованої сили.
Якщо я застосую силу F, тіло масою m матиме прискорення a, а швидкість v досягне часу t.
F = 20N, м = 2кг, v = 10м/с, a = F/м = 20/2 = 10м/с 2 .
t = v/a = 10/10 = 1s. W = F * t = 20 * 1 = 20J,
Якщо я застосую силу 2F, тіло масою m матиме прискорення 2a, а швидкість v з часом досягне 0,5 т.
F = 40Н, м = 2кг, v = 10м/с, a = F/м = 40/2 = 20м/с2,
t = v/a = 10/20 = 0,5s W = F * t = 40 * 0,5 = 20J,
Якщо я застосую силу 0,5F, тіло маси m матиме прискорення 0,5a і швидкість v досягне 2t за час.
F = 10N, м = 2кг, v = 10м/с, a = F/м = 10/2 = 5м/с2,
t = v/a = 10/5 = 2s, W = F * t = 10 * 2 = 20J,
Щоб тіло масою m досягло швидкості v, завжди повинен виконуватися однаковий обсяг роботи, незалежно від величини застосованої сили. Більша потужність працює менше часу, а менша - довше.
Кінетичною енергією можна вважати лише роботу, виконану силою F за час t з рівноприскореним рухом. Ek = W = F * t = m * v.
При рівноприскореному русі сила F не працює на всьому шляху, що діюча формула для обчислення роботи ігнорує, і тому відповідно до діючої формули W = F * m базується значно більша робота.
Сила виконує роботу лише під час зміни швидкості.
При прискоренні 10 м/с 2 тіло змінює швидкість за 1 с від 0 м/с до 10 м/с, або від 10 м/с до 20 м/с, або від 20 м/с до 30 м/с. З кожною зміною швидкості тіло проходить відстань 0,5 * а = 5м за 1 с.
Хоча тіло проходить 45 м за 3 с, сила виконує роботу лише на колії 3 * 5 м = 15 м.
За формулою W = F * s можна розрахувати лише роботу, необхідну для подолання тертя та опору навколишнього середовища. Цю роботу не можна розглядати як кінетичну енергію, оскільки вона витрачається під час руху для подолання тертя та опору навколишнього середовища.!
Тертя виникає при кожному русі. Силу, необхідну для подолання тертя, можна розрахувати за формулою, Ft = fo * Fn
Ft = сила тертя
fo = коефіцієнт тертя в спокої.
Fn = сила, перпендикулярна напрямку руху (сили тяжіння).
Швидкість і час не впливають на роботу, необхідну для подолання тертя, і тому залежать лише від сили тертя та траєкторії руху. Роботу, необхідну для подолання тертя на відстані s, можна розрахувати за формулою W = Ft * s.
Ft = сила тертя
Робота, необхідна для подолання тертя, витрачається під час руху для подолання тертя, і тому не може розглядатися як кінетична енергія.
Те саме стосується роботи, необхідної для подолання сили тяжіння на орбіті s.
Fg = сила тяжіння
Швидкість і час не впливають на роботу, необхідну для подолання сили тяжіння, і тому залежать лише від сили тяжіння та траєкторії (висоти). Робота, необхідна для подолання сили тяжіння, витрачається під час руху для подолання сили тяжіння, і тому не може розглядатися як кінетична енергія.