Science & Education

Η ενέργεια είναι ένα μέγεθος το οποίο δεν μπορούμε να δούμε. Όμως όταν η ενέργεια μεταφέρεται από ένα σώμα σε ένα άλλο ή μετατρέπεται από μία μορφή σε μία άλλη, προκαλεί μεταβολές.

Κατά τις παραπάνω μεταβολές, η συνολική ενέργεια πάντα παραμένει σταθερή (διατηρείται) δηλαδή ούτε καταστρέφεται ούτε δημιουργείται από το μηδέν.

Έργο (W)

Έργο (W) ονομάζουμε το ποσό της ενέργειας που μεταφέρθηκε από ένα σώμα σε ένα άλλο ή μετατράπηκε από μια μορφή σε μία άλλη μέσω μίας δύναμης.

Το έργο που παράγει μία δύναμη εξαρτάται από τη δύναμη, από την μετατόπιση του σώματος και από τη γωνία που σχηματίζει η δύναμη με τη μετατόπιση.

Συμβολικά μπορούμε να γράψουμε λοιπόν ότι:

όπου:

• W το έργο της δύναμης
• F η δύναμη
• Δx η μετατόπιση του σώματος
• φ η γωνία που σχηματίζει η δύναμη με τη μετατόπιση

Μονάδα μέτρησης του έργου (και της ενέργειας) είναι το Νιούον επί μέτρο (Ν.m) που ονομάστηκε Τζάουλ (J)  προς τιμήν του Άγγλου φυσικού Πρεσκοτ Τζάουλ.

Για το έργο μίας δύναμης έχουμε 3 περιπτώσεις.

1. Έργο Θετικό ( W > 0): Το έργο της δύναμης θα είναι θετικό όταν η δύναμη είναι ομόρροπη της μετατόπισης του σώματος (δηλαδή η δύναμη βοηθάει την κίνηση).
2. Έργο Αρνητικό (W < 0): Το έργο της δύναμης θα είναι αρνητικό όταν η δύναμη είναι αντίρροπή της μετατόπισης του σώματος (δηλαδή η δύναμη δυσκολεύει την κίνηση).
3. Έργο Μηδέν (W = 0): Το έργο της δύναμης θα είναι μηδέν όταν η δύναμη είναι κάθετη στη μετατόπιση του σώματος (δηλαδή ούτε βοηθάει αλλά ούτε δυσκολεύει την κίνηση).

Όταν η δύναμη που ασκείται σε ένα σώμα είναι σταθερή και συγγραμμική με τη μετατόπιση, μπορούμε να υπολογίσουμε το έργο χρησιμοποιώντας την σχέση:

προσθέτοντας στο τέλος το πρόσημα ανάλογα με τις παραπάνω περιπτώσεις.

Δυναμική Ενέργεια (U)

Αν σε ένα σώμα ασκείται μία δύναμη, το σώμα έχει δυναμική ενέργεια που εξαρτάται από το μέγεθος της δύναμης, τη θέση ή την κατάσταση (παραμόρφωση) του σώματος και δεν εξαρτάται από τη διαδρομή που ακολούθησε το σώμα για να φτάσει σε αυτή τη θέση ή κατάσταση.

Η δυναμική ενέργεια του σώματος θα ισούται με το έργο της δύναμης που του ασκήθηκε για να βρεθεί σε αυτή τη θέση ή κατάσταση.

Εδώ θα ασχοληθούμε κυρίως με την Βαρυτική Δυναμική Ενέργεια (δηλαδή την δυναμική ενέργεια που οφείλεται στη δύναμη του βάρους).

Η βαρυτική δυναμική ενέργεια εξαρτάται από τη μάζα του σώματος, την επιτάχυνση της βαρύτητας και το ύψος στο οποίο βρίσκεται το σώμα από το έδαφος. Μπορούμε να υπολογίσουμε, λοιπόν, τη βαρυτική δυναμική ενέργεια χρησιμοποιώντας τη σχέση:

όπου:

• m η μάζα του σώματος
• g η επιτάχυνση της βαρύτητας
• h το ύψος στο οποίο βρίσκεται το σώμα από το έδαφος (ή από το μηδέν της δυναμικής ενέργειας)

Κινητική Ενέργεια (Κ)

Κινητική ενέργεια ονομάζουμε την ενέργεια που έχει ένα σώμα επειδή κινείται.

Η Κινητική ενέργεια ενός σώματος εξαρτάται από τη μάζα του σώματος και από την ταχύτητά του.

Για να υπολογίσουμε την κινητική ενέργεια ενός σώματος χρησιμοποιούμε τη σχέση:

όπου:

• m η μάζα του σώματος
• υ η ταχύτητα του σώματος

Παρατηρούμε λοιπόν, ότι η κινητική ενέργεια είναι ανάλογη με τη μάζα του σώματος και ανάλογη με το τετράγωνο της ταχύτητάς του.

 Μονάδα μέτρησης κάθε μορφής ενέργειας είναι το Τζάουλ (J).

Μηχανική Ενέργεια (Ε)

Μηχανική Ενέργεια (Ε) ονομάζουμε το άθροισμα της Δυναμικής (U) και της Κινητικής (Κ) ενέργειας ενός σώματος. Δηλαδή:

Αρχή Διατήρησης της Μηχανικής Ενέργειας (Α.Δ.Μ.Ε.)

Όταν σε ένα σώμα ασκούνται μόνο βαρυτικές, ηλεκτρικές ή δυνάμεις ελαστικής παραμόρφωσης, τότε η μηχανική ενέργεια του σώματος διατηρείται σταθερή.

Ισχύς (P)

Η ισχύς (P) είναι το μονόμετρο φυσικό μέγεθος που ορίζεται ως το πηλίκο του έργου (W) που παράγεται ή της ενέργειας (E) που μετασχηματίζεται προς τον αντίστοιχο χρόνο (t).

Μονάδα μέτρησης της ισχύος είναι το J/s (Τζάουλ ανά δευτερόλεπτο) το οποίο το ονομάζουμε Watt (Βατ) και συμβολίζεται με το γράμμα W.

Η ισχύς δηλαδή μας δείχνει πόσο έργο παράγει μια μηχανή ή πόση ενέργεια μετασχηματίζει κάθε δευτερόλεπτο.

Ισχύς και κίνηση

Στην παραπάνω σχέση αν αντικαταστήσουμε το έργο (W) με

έχουμε:

γιατί ξέρουμε ότι:

Αυτή η εργασία έχει άδεια χρήσης Creative Commons -Αναφορά Δημιουργού – Μη Εμπορική Χρήση – Παρόμοια Διανομή4.0.

Το άρθρο δημοσιεύτηκε Τετάρτη 26 Μαρτίου 2014 στις 20:06 στην κατηγορία Φυσική Β' Γυμανσίου. Μπορείς να παρακολουθείς τα σχόλια χρησιμοποιώντας το RSS 2.0 feed. Τα σχόλια και τα pings δεν επιτρέπονται.