Как найти джоули 7 класс - Исправление недочетов и поиск решений вместе с Examum.ru

Механическая работа. Единицы работы.

В обыденной жизни под понятием «работа» мы понимаем всё.

В физике понятие работа несколько иное. Это определенная физическая величина, а значит, ее можно измерить. В физике изучается прежде всего механическая работа.

Рассмотрим примеры механической работы.

Поезд движется под действием силы тяги электровоза, при этом совершается механическая работа. При выстреле из ружья сила давления пороховых газов совершает работу — перемещает пулю вдоль ствола, скорость пули при этом увеличивается.

Из этих примеров видно, что механическая работа совершается, когда тело движется под действием силы. Механическая работа совершается и в том случае, когда сила, действуя на тело (например, сила трения), уменьшает скорость его движения.

Желая передвинуть шкаф, мы с силой на него надавливаем, но если он при этом в движение не приходит, то механической работы мы не совершаем. Можно представить себе случай, когда тело движется без участия сил (по инерции), в этом случае механическая работа также не совершается.

Итак, механическая работа совершается, только когда на тело действует сила, и оно движется.

Нетрудно понять, что чем большая сила действует на тело и чем длиннее путь, который проходит тело под действием этой силы, тем большая совершается работа.

Механическая работа прямо пропорциональна приложенной силе и прямо пропорциональна пройденному пути.

Поэтому, условились измерять механическую работу произведением силы на путь, пройденный по этому направлению этой силы:

работа = сила × путь

или

A = Fs,

где А — работа, F — сила и s — пройденный путь.

За единицу работы принимается работа, совершаемая силой в 1Н, на пути, равном 1 м.

Единица работы — джоуль (Дж) названа в честь английского ученого Джоуля. Таким образом,

1 Дж = 1Н · м.

Используется также килоджоули (кДж) .

1 кДж = 1000 Дж.

Формула А = Fs применима в том случае, когда сила F постоянна и совпадает с направлением движения тела.

Если направление силы совпадает с направлением движения тела, то данная сила совершает положительную работу.

Если же движение тела происходит в направлении, противоположном направлению приложенной силы, например, силы трения скольжения, то данная сила совершает отрицательную работу.

A = -Fs.

Если направление силы, действующей на тело, перпендикулярно направлению движения, то эта сила работы не совершает, работа равна нулю:

A = 0.

В дальнейшем, говоря о механической работе, мы будем кратко называть ее одним словом — работа.

Пример. Вычислите работу, совершаемую при подъеме гранитной плиты объемом 0,5 м3 на высоту 20 м. Плотность гранита 2500 кг/м³.

Запишем условие задачи, и решим ее.

Дано:

V = 0,5 м³

ρ = 2500 кг/м³

h = 20 м

Решение:

A = Fs,

где F -сила, которую нужно приложить, чтобы равномерно поднимать плиту вверх. Эта сила по модулю равна силе тяж Fтяж, действующей на плиту, то есть F = Fтяж. А силу тяжести можно определить по массе плиты: Fтяж = gm. Массу плиты вычислим, зная ее объем и плотность гранита: m = ρV; s = h, то есть путь равен высоте подъема.

Итак, m = 2500 кг/м3 · 0,5 м3 = 1250 кг.

F = 9,8 Н/кг · 1250 кг ≈ 12 250 Н.

A = 12 250 Н · 20 м = 245 000 Дж = 245 кДж.

А — ?

Ответ: А =245 кДж.

Рычаги. Мощность. Энергия

На совершение одной и той же работы различным двигателям требуется разное время. Например, подъемный кран на стройке за несколько минут поднимает на верхний этаж здания сотни кирпичей. Если бы эти кирпичи перетаскивал рабочий, то ему для этого потребовалось бы несколько часов. Другой пример. Гектар земли лошадь может вспахать за 10-12 ч, трактор же с многолемешным плугом (лемех — часть плуга, подрезающая пласт земли снизу и передающая его на отвал; многолемешный — много лемехов), эту работу выполнит на 40-50 мин.

Ясно, что подъемный кран ту же работу совершает быстрее, чем рабочий, а трактор — быстрее чем лошадь. Быстроту выполнения работы характеризуют особой величиной, называемой мощностью.

Мощность равна отношению работы ко времени, за которое она была совершена.

Чтобы вычислить мощность, надо работу разделить на время, в течение которого совершена эта работа.
мощность = работа/время.

или

N = A/t,

где N — мощность, A — работа, t — время выполненной работы.

Мощность — величина постоянная, когда за каждую секунду совершается одинаковая работа, в других случаях отношение A/t определяет среднюю мощность:

Nср = A/t .
За единицу мощности приняли такую мощность, при которой в 1 с совершается работа в Дж.

Эта единица называется ваттом (Вт) в честь еще одного английского ученого Уатта.

Итак,

1 ватт = 1 джоуль/ 1 секунда, или 1 Вт = 1 Дж/с .

Ватт (джоуль в секунду) — Вт (1 Дж/с).

В технике широко используется более крупные единицы мощности — киловатт (кВт), мегаватт (МВт) .

1 МВт = 1 000 000 Вт

1 кВт = 1000 Вт

1 мВт = 0,001 Вт

1 Вт = 0,000001 МВт

1 Вт = 0,001 кВт

1 Вт = 1000 мВт

Пример. Найти мощность потока воды, протекающей через плотину, если высота падения воды 25 м, а расход ее — 120 м3 в минуту.

Запишем условие задачи и решим ее.

Дано:

h = 25 м

V = 120 м3

ρ = 1000 кг/м3

t = 60 c

g = 9,8 м/с2

Решение:

Масса падающей воды: m = ρV,

m = 1000 кг/м3 · 120 м3 = 120 000 кг (12 · 104 кг).

Сила тяжести, действующая на воду:

F = gm,

F = 9.8 м/с2 · 120 000 кг ≈ 1 200 000 Н (12 · 105 Н)

Работа, совершаемая потоком в минуту:

A = Fh,

А — 1 200 000 Н · 25 м = 30 000 000 Дж (3 · 107 Дж).

Мощность потока: N = A/t,

N = 30 000 000 Дж / 60 с = 500 000 Вт = 0,5 МВт.

N — ?

Ответ: N = 0.5 МВт.

Различные двигатели имеют мощности от сотых и десятых долей киловатта (двигатель электрической бритвы, швейной машины) до сотен тысяч киловатт (водяные и паровые турбины).

Таблица 5.

Мощность некоторых двигателей, кВт.

Вид транспортного средства	Мощность двигателя	Вид транспортного средства	Мощность двигателя
Автомобиль «Волга — 3102»	70	Ракета-носитель космического корабля
Самолет Ан-2	740
Дизель тепловоза ТЭ10Л	2200	«Восток»	15 000 000
Вертолет Ми — 8	2×1100	«Энергия»	125 000 000

На каждом двигателе имеется табличка (паспорт двигателя), на которой указаны некоторые данные о двигателе, в том числе и его мощность.

Мощность человека при нормальный условиях работы в среднем равна 70-80 Вт. Совершая прыжки, взбегая по лестнице, человек может развивать мощность до 730 Вт, а в отдельных случаях и еще бóльшую.

Зная мощность двигателя, можно рассчитать работу, совершаемую этим двигателем в течение какого-нибудь промежутка времени.

Из формулы N = A/t следует, что

A = Nt.

Чтобы вычислить работу, необходимо мощность умножить на время, в течение которого совершалась эта работа.

Пример. Двигатель комнатного вентилятора имеет мощность 35 Вт. Какую работу он совершает за 10 мин?

Запишем условие задачи и решим ее.

Дано:

N = 35 Вт

t = 10 мин

A = ?

Си 600 с.

Решение:

A = Nt,

A = 35 Вт * 600с = 21 000 Вт* с = 21 000 Дж = 21 кДж.

Ответ A = 21 кДж.

Простые механизмы.

С незапамятных времен человек использует для совершения механической работы различные приспособления.

Каждому известно, что тяжелый предмет (камень, шкаф, станок), который невозможно сдвинуть руками, можно сдвинуть с помощью достаточно длинной палки — рычага.

На данный момент считается, что с помощью рычагов три тысячи лет назад при строительстве пирамид в Древнем Египте передвигали и поднимали на большую высоту тяжелые каменные плиты.

Во многих случаях, вместо того, чтобы поднимать тяжелый груз на некоторую высоту, его можно вкатывать или втаскивать на ту же высоту по наклонной плоскости или поднимать с помощью блоков.

Приспособления, служащие для преобразования силы, называются механизмами.

К простым механизмам относятся: рычаги и его разновидности — блок, ворот; наклонная плоскость и ее разновидности — клин, винт. В большинстве случаев простые механизмы применяют для того, чтобы получить выигрыш в силе, то есть увеличить силу, действующую на тело, в несколько раз.

Простые механизмы имеются и в бытовых, и во всех сложных заводских и фабричных машинах, которые режут, скручивают и штампуют большие листы стали или вытягивают тончайшие нити, из которых делаются потом ткани. Эти же механизмы можно обнаружить и в современных сложных автоматах, печатных и счетных машинах.

Рычаг. Равновесие сил на рычаге.

Рассмотрим самый простой и распространенный механизм — рычаг.

Рычаг представляет собой твердое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

На рисунках показано, как рабочий для поднятия груза в качестве рычага, использует лом. В первом случае рабочий с силой F нажимает на конец лома B, во втором — приподнимает конец B.

Рабочему нужно преодолеть вес груза P — силу, направленную вертикально вниз. Он поворачивает для этого лом вокруг оси, проходящей через единственную неподвижную точку лома — точку его опоры О. Сила F, с которой рабочий действует на рычаг, меньше силы P, таким образом, рабочий получает выигрыш в силе. При помощи рычага можно поднять такой тяжелый груз, который своими силами поднять нельзя.

На рисунке изображен рычаг, ось вращения которого О (точка опоры) расположена между точками приложения сил А и В. На другом рисунке показана схема этого рычага. Обе силы F1 и F2, действующие на рычаг, направлены в одну сторону.

Кратчайшее расстояние между точкой опоры и прямой, вдоль которой действует на рычаг сила, называется плечом силы.

Чтобы найти плечо силы, надо из точки опоры опустить перпендикуляр на линию действия силы.

Длина этого перпендикуляра и будет плечом данной силы. На рисунке показано, что ОА — плечо силы F1; ОВ — плечо силы F2 . Силы, действующие на рычаг могут повернуть его вокруг оси в двух направлениях: по ходу или против хода часовой стрелки. Так, сила F1 вращает рычаг по ходу часовой стрелки, а сила F2 вращает его против часовой стрелки.

Условие, при котором рычаг находится в равновесии под действием приложенных к нему сил, можно установить на опыте. При этом надо помнить, что результат действия силы, зависит не только от ее числового значения (модуля), но и от того, в какой точке она приложена к телу, или как направлена.

К рычагу (см рис.) по обе стороны от точки опоры подвешиваются различные грузы так, что каждый раз рычаг оставался в равновесии. Действующие на рычаг силы, равны весам этих грузов. Для каждого случая измеряются модули сил и их плечи. Из опыта изображенного на рисунке 154, видно, что сила 2 Н уравновешивает силу 4 Н. При этом, как видно из рисунка, плечо меньшей силы в 2 раза больше плеча большей силой.

На основании таких опытов было установлено условие (правило) равновесия рычага.

Рычаг находится в равновесии тогда, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

Это правило можно записать в виде формулы:

F1/F2 = l2/l1,

где F1 и F2— силы, действующие на рычаг, l1 и l2, — плечи этих сил (см. рис.).

Правило равновесия рычага было установлено Архимедом около 287—212 гг. до н. э. (но ведь в прошлом параграфе говорилось, что рычаги использовались египтянами? Или тут важную роль играет слово «установлено»?)

Из этого правила следует, что меньшей силой можно уравновесить при помощи рычага бóльшую силу. Пусть одно плечо рычага в 3 раза больше другого (см рис.). Тогда, прикладывая в точке В силу, например, в 400 Н, можно поднять камень весом 1200 Н. Что0бы поднять еще более тяжелый груз, нужно увеличить длину плеча рычага, на которое действует рабочий.

Пример. С помощью рычага рабочий поднимает плиту массой 240 кг (см рис. 149). Какую силу прикладывает он к большему плечу рычага, равному 2,4 м, если меньшее плечо равно 0,6 м?

Запишем условие задачи, и решим ее.

Дано:

m = 240 кг

g =9,8 Н/кг

l1 = 2,4 м

l2 =0,6 м

Решение:

По правилу равновесия рычага F1/F2 = l2/l1, откуда F1 = F2 l2/l1, где F2 = Р — вес камня. Вес камня asd = gm, F = 9,8 Н · 240 кг ≈ 2400 Н

Тогда, F1 = 2400 Н · 0,6/2,4 = 600 Н.

F — ?

Ответ : F1 = 600 Н.

В нашем примере рабочий преодолевает силу 2400 Н, прикладывая к рычагу силу 600 Н. Но при этом плечо, на которое действует рабочий, в 4 раза длиннее того, на которое действует вес камня (l1 : l2 = 2,4 м : 0,6 м = 4).

Применяя правило рычага, можно меньшей силой уравновесить бóльшую силу. При этом плечо меньшей силы должно быть длиннее плеча большей силы.

Момент силы.

Вам уже известно правило равновесия рычага:

F1 / F2 = l2 / l1,

Пользуясь свойством пропорции (произведение ее крайних членов, равно произведению ее средних членов), запишем его в таком виде:

F1l1 = F2l2 .

В левой части равенства стоит произведение силы F1 на ее плечо l1, а в правой — произведение силы F2 на ее плечо l2 .

Произведение модуля силы, вращающей тело, на ее плечо называется моментом силы; он обозначается буквой М. Значит,

M = Fl.

Рычаг находится в равновесии под действием двух сил, если момент силы, вращающий его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки.

Это правило, называемое правилом моментов, можно записать в виде формулы:

М1 = М2

Действительно, в рассмотренном нами опыте, (§ 56) действующие силы были равны 2 Н и 4 Н, их плечи соответственно составляли 4 и 2 давления рычага, то есть моменты этих сил одинаковы при равновесии рычага.

Момент силы, как и всякая физическая величина, может быть измерена. За единицу момента силы принимается момент силы в 1 Н, плечо которой ровно 1 м.

Эта единица называется ньютон-метр (Н · м).

Момент силы характеризует действие силы, и показывает, что оно зависит одновременно и от модуля силы, и от ее плеча. Действительно, мы уже знаем, например, что действие силы на дверь зависит и от модуля силы, и от того, где приложена сила. Дверь тем легче повернуть, чем дальше от оси вращения приложена действующая на нее сила. Гайку, лучше отвернуть длинным гаечным ключом, чем коротким. Ведро тем легче поднять из колодца, чем длиннее ручка вóрота, и т. д.

Рычаги в технике, быту и природе.

Правило рычага (или правило моментов) лежит в основе действия различного рода инструментов и устройств, применяемых в технике и быту там, где требуется выигрыш в силе или в пути.

Выигрыш в силе мы имеем при работе с ножницами. Ножницы — это рычаг (рис), ось вращения которого, происходит через винт, соединяющий обе половины ножниц. Действующей силой F1 является мускульная сила руки человека, сжимающего ножницы. Противодействующей силой F2 — сила сопротивления такого материала, который режут ножницами. В зависимости от назначения ножниц их устройство бывает различным. Конторские ножницы, предназначенные для резки бумаги, имеют длинные лезвия и почти такой же длины ручки. Для резки бумаги не требуется большой силы, а длинным лезвием удобнее резать по прямой линии. Ножницы для резки листового металла (рис.) имеют ручки гораздо длиннее лезвий, так как сила сопротивления металла велика и для ее уравновешивания плечо действующей силы приходится значительно увеличивать. Еще больше разница между длиной ручек и расстоянии режущей части и оси вращения в кусачках (рис.), предназначенных для перекусывания проволоки.

Рычаги различного вида имеются у многих машин. Ручка швейной машины, педали или ручной тормоз велосипеда, педали автомобиля и трактора, клавиши пианино — все это примеры рычагов, используемых в данных машинах и инструментах.

Примеры применения рычагов — это рукоятки тисков и верстаков, рычаг сверлильного станка и т. д.

На принципе рычага основано действие и рычажных весов (рис.). Учебные весы, изображенные на рисунке 48 (с. 42), действуют как равноплечий рычаг. В десятичных весах плечо, к которому подвешена чашка с гирями, в 10 раз длиннее плеча, несущего груз. Это значительно упрощает взвешивание больших грузов. Взвешивая груз на десятичных весах, следует умножить массу гирь на 10.

Устройство весов для взвешивания грузовых вагонов автомобилей также основано на правиле рычага.

Рычаги встречаются также в разных частях тела животных и человека. Это, например, руки, ноги, челюсти. Много рычагов можно найти в теле насекомых (прочитав книгу про насекомых и строение их тела), птиц, в строении растений.

Применение закона равновесия рычага к блоку.

Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. По желобу блока пропускается веревка, трос или цепь.

Неподвижным блоком называется такой блок, ось которого закреплена, и при подъеме грузов не поднимается и не опускается (рис).

Неподвижный блок можно рассматривать как равноплечий рычаг, у которого плечи сил равны радиусу колеса (рис): ОА = ОВ = r. Такой блок не дает выигрыша в силе. (F1 = F2), но позволяет менять направление действие силы.
Подвижный блок — это блок. ось которого поднимается и опускается вместе с грузом (рис.). На рисунке показан соответствующий ему рычаг: О — точка опоры рычага, ОА — плечо силы Р и ОВ — плечо силы F. Так как плечо ОВ в 2 раза больше плеча ОА, то сила F в 2 раза меньше силы Р:

F = P/2 .

Таким образом, подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза.

Это можно доказать и пользуясь понятием момента силы. При равновесии блока моменты сил F и Р равны друг другу. Но плечо силы F в 2 раза больше плеча силы Р, а, значит, сама сила F в 2 раза меньше силы Р.

Обычно на практике применяют комбинацию неподвижного блока с подвижным (рис.). Неподвижный блок применяется только для удобства. Он не дает выигрыша в силе, но изменяет направление действия силы. Например, позволяет поднимать груз, стоя на земле. Это пригождается многим людям или рабочим. Тем не менее, он даёт выигрыш в силе в 2 раза больше обычного!

Равенство работ при использовании простых механизмов. «Золотое правило» механики.

Рассмотренные нами простые механизмы применяются при совершении работы в тех случаях, когда надо действием одной силы уравновесить другую силу.

Естественно, возникает вопрос: давая выигрыш в силе или пути, не дают ли простые механизмы выигрыша в работе? Ответ на поставленный вопрос можно получить из опыта.

Уравновесив на рычаге две какие-нибудь разные по модулю силы F1 и F2 (рис.), приводим рычаг в движение. При этом оказывается, что за одно и то же время точка приложения меньшей силы F2 проходит больший путь s2 , а точка приложения большей силы F1 — меньший путь s1. Измерив эти пути и модули сил, находим, что пути, пройденные точками приложения сил на рычаге, обратно пропорциональны силам:

s1 / s2 = F2 / F1.

Таким образом, действуя на длинное плечо рычага, мы выигрываем в силе, но при этом во столько же раз проигрываем в пути.

Произведение силы F на путь s есть работа. Наши опыты показывают, что работы, совершаемые силами, приложенными к рычагу, равны друг другу:

F1 s1 = F2 s2, то есть А1 = А2.

Итак, при использовании рычага выигрыша в работе не получится.

Пользуясь рычагом, мы можем выиграть или в силе, или в расстоянии. Действуя же силой на короткое плечо рычага, мы выигрываем в расстоянии, но во столько же раз проигрываем в силе.

Существует легенда, что Архимед, восхищенный открытием правила рычага, воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!».

Конечно, Архимед не мог бы справиться с такой задачей, если бы даже ему и дали бы точку опоры (которая должна была бы быть вне Земли) и рычаг нужной длины.

Для подъема земли всего на 1 см длинное плечо рычага должно было бы описать дугу огромной длины. Для перемещения длинного конца рычага по этому пути, например, со скоростью 1 м/с, потребовались бы миллионы лет!

Не дает выигрыша в работе и неподвижный блок, в чем легко убедиться на опыте (см. рис.). Пути, проходимые точками приложения сил F и F, одинаковы, одинаковы и силы, а значит, одинаковы и работы.

Можно измерить и сравнить между собой работы, совершаемые с помощью подвижного блока. Чтобы при помощи подвижного блока поднять груз на высоту h, необходимо конец веревки, к которому прикреплен динамометр, как показывает опыт (рис.), переместить на высоту 2h.

Таким образом, получая выигрыш в силе в 2 раза, проигрывают в 2 раза в пути, следовательно, и подвижный блок, на дает выигрыша в работе.

Многовековая практика показала, что ни один из механизмов не дает выигрыш в работе. Применяют же различные механизмы для того, чтобы в зависимости от условий работы выиграть в силе или в пути.

Уже древним ученым было известно правило, применимое ко всем механизмом: во сколько раз выигрываем в силе, во столько же раз проигрываем в расстоянии. Это правило назвали «золотым правилом» механики.

Коэффициент полезного действия механизма.

Рассматривая устройство и действие рычага, мы не учитывали трение, а также вес рычага. в этих идеальных условиях работа, совершенная приложенной силой (эту работу мы будем называть полной), равна полезной работе по подъему грузов или преодоления какого — либо сопротивления.

На практике совершенная с помощью механизма полная работа всегда несколько больше полезной работы.

Часть работы совершается против силы трения в механизме и по перемещению его отдельных частей. Так, применяя подвижный блок, приходится дополнительно совершать работу по подъему самого блока, веревки и по определению силы трения в оси блока.

Какой мы механизм мы не взяли, полезная работа, совершенная с его помощью, всегда составляет лишь часть полной работы. Значит, обозначив полезную работу буквой Ап, полную(затраченную) работу буквой Аз, можно записать:

Ап < Аз или Ап / Аз < 1.

Отношение полезной работы к полной работе называется коэффициентом полезного действия механизма.

Сокращенно коэффициент полезного действия обозначается КПД.

КПД = Ап / Аз.

КПД обычно выражается в процентах и обозначается греческой буквой η, читается он как «эта»:

η = Ап / Аз · 100 %.

Пример: На коротком плече рычага подвешен груз массой 100 кг. Для его подъема к длинному плечу приложена сила 250 Н. Груз подняли на высоту h1 = 0,08 м, при этом точка приложения движущей силы опустилась на высоту h2 = 0,4 м. Найти КПД рычага.

Запишем условие задачи и решим ее.

Дано:

m = 240

g = 9,8 Н/кг

F = 250 Н

h1 = 0.08 м

h2 =0,04 м

Решение:

η = Ап / Аз · 100 %.

Полная (затраченная) работа Аз = Fh2.

Полезная работа Ап = Рh1

Р = gm.

Р = 9,8 · 100 кг ≈ 1000 Н.

Ап = 1000 Н · 0,08 = 80 Дж.

Аз = 250 Н · 0,4 м = 100 Дж.

η = 80 Дж/100 Дж · 100 % = 80 %.

η — ?

Ответ : η = 80 %.

Но «золотое правило» выполняется и в этом случае. Часть полезной работы — 20 % ее-расходуется на преодоление трения в оси рычага и сопротивления воздуха, а также на движение самого рычага.

КПД любого механизма всегда меньше 100 %. Конструируя механизмы, люди стремятся увеличить их КПД. Для этого уменьшаются трение в осях механизмов и их вес.

Энергия.

На заводах и фабриках, станки и машины приводятся в движения с помощью электродвигателей, которые расходуют при этом электрическую энергию (отсюда и название).

Автомобили и самолеты тепловозы и теплоходы, работают, расходуя энергию сгорающего топлива, гидротурбины — энергию падающей с высоты воды. Да и сами мы, чтобы жить, учиться и работать, возобновляем свой запас энергии при помощи пищи, которую мы едим.

Слово «энергия» употребляется нередко и в быту. Так, например, людей, которые могут быстро выполнять большую работу, мы называем энергичными, обладающими большой энергией. Что же такое энергия? Чтобы ответить на этот вопрос, рассмотрим примеры.

Сжатая пружина (рис), распрямляясь, совершить работу, поднять на высоту груз, или заставить двигаться тележку.

Поднятый над землей неподвижный груз не совершает работы, но если этот груз упадет, он может совершить работу (например, может забить в землю сваю).

Способностью совершить работу обладает и всякое движущееся тело. Так, скатившийся с наклонной плоскости стальной шарик А (рис), ударившись о деревянный брусок В, передвигает его на некоторое расстояние. При этом совершается работа.

Если тело или несколько взаимодействующих между собой тел (система тел) могут совершить работу, говорится, что они обладают энергией.

Энергия — физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело (или несколько тел). Энергия выражается в системе СИ в тех же единицах, что и работу, то есть в джоулях.

Чем большую работу может совершить тело, тем большей энергией оно обладает.

При совершении работы энергия тел изменяется. Совершенная работа равна изменению энергии.

Потенциальная и кинетическая энергия.

Потенциальной (от лат. потенция — возможность) энергией называется энергия, которая определяется взаимным положением взаимодействующих тел и частей одного и того же тела.

Потенциальной энергией, например, обладает тело, поднятое относительно поверхности Земли, потому что энергия зависит от взаимного положения его и Земли. и их взаимного притяжения. Если считать потенциальную энергию тела, лежащего на Земле, равной нулю, то потенциальная энергия тела, поднятого на некоторую высоту, определится работой, которую совершит сила тяжести при падении тела на Землю. Обозначим потенциальную энергию тела Еп, поскольку Е = А , а работа, как мы знаем, равна произведению силы на путь, то

А = Fh,

где F — сила тяжести.

Значит, и потенциальная энергия Еп равна:

Е = Fh, или Е = gmh,

где g — ускорение свободного падения, m — масса тела, h — высота, на которую поднято тело.

Огромной потенциальной энергией обладает вода в реках, удерживаемая плотинами. Падая вниз, вода совершает работу, приводя в движение мощные турбины электростанций.

Потенциальную энергию молота копра (рис.) используют в строительстве для совершению работы по забиванию свай.

Открывая дверь с пружиной, совершается работа по растяжению (или сжатию) пружины. За счет приобретенной энергии пружина, сокращаясь (или распрямляясь), совершает работу, закрывая дверь.

Энергию сжатых и раскрученных пружин используют, например, в ручных часах, разнообразных заводных игрушках и пр.

Потенциальной энергией обладает всякое упругое деформированное тело. Потенциальную энергию сжатого газа используют в работе тепловых двигателей, в отбойных молотках, которые широко применяют в горной промышленности, при строительстве дорог, выемке твердого грунта и т. д.

Энергия, которой обладает тело вследствие своего движения, называется кинетической (от греч. кинема — движение) энергией.

Кинетическая энергия тела обозначается буквой Ек .

Движущаяся вода, приводя во вращение турбины гидроэлектростанций, расходует свою кинетическую энергию и совершает работу. Кинетической энергией обладает и движущийся воздух — ветер.

От чего зависит кинетическая энергия? Обратимся к опыту (см. рис.). Если скатывать шарик А с разных высот, то можно заметить, что чем с большей высоты скатывается шарик, тем больше его скорость и тем дальше он продвигает брусок, то есть совершает большую работу. Значит, кинетическая энергия тела зависит от его скорости.

За счет скорости большой кинетической энергией обладает летящая пуля.

Кинетическая энергия тела зависит и от его массы. Еще раз проделаем наш опыт, но будем скатывать с наклонной плоскости другой шарик — большей массы. Брусок В передвинется дальше, то есть будет совершена бóльшая работа. Значит, и кинетическая энергия второго шарика, больше, чем первого.

Чем больше масса тела и скорость, с которой он движется, тем больше его кинетическая энергия.

Для того чтобы определить кинетическую энергию тела, применяется формула:

Ек = mv² /2,

где m — масса тела, v — скорость движения тела.

Кинетическую энергию тел используют в технике. Удерживаемая плотиной вода обладает, как было уже сказано, большой потенциальной энергией. При падении с плотины вода движется и имеет такую же большую кинетическую энергию. Она приводит в движение турбину, соединенную с генератором электрического тока. За счет кинетической энергии воды вырабатывается электрическая энергия.

Энергия движущейся воды имеет большое значение в народном хозяйстве. Эту энергию используют с помощью мощных гидроэлектростанций.

Энергия падающей воды является экологически чистым источником энергии в отличие от энергии топлива.

Все тела в природе относительно условного нулевого значения обладают либо потенциальной, либо кинетической энергией, а иногда той и другой вместе. Например, летящий самолет обладает относительно Земли и кинетической и потенциальной энергией.

Мы познакомились с двумя видами механической энергии. Иные виды энергии (электрическая, внутренняя и др.) будут рассмотрены в других разделах курса физики.

Превращение одного вида механической энергии в другой.

В природе, технике и быту можно часто наблюдать превращение одного вида механической энергии в другой: потенциальную в кинетическую и кинетическую в потенциальную. Например, при падении воды с плотины ее потенциальная энергия превращается в кинетическую. В качающемся маятнике периодически эти виды энергии переходят друг в друга.

Явление превращения одного вида механической энергии в другой очень удобно наблюдать на приборе, изображенном на рисунке. Накручивая на ось нить, поднимают диск прибора. Диск, поднятый вверх, обладает некоторой потенциальной энергией. Если его отпустить, то он, вращаясь, начнет падать. По мере падения потенциальная энергия диска уменьшается, но вместе с тем возрастает его кинетическая энергия. В конце падения диск обладает таким запасом кинетической энергии, что может опять подняться почти до прежней высоты. (Часть энергии расходуется на работу против силы трения, поэтому диск не достигает первоначальной высоты.) Поднявшись вверх, диск снова падает, а затем снова поднимается. В этом опыте при движении диска вниз его потенциальная энергия превращается в кинетическую, а при движении вверх кинетическая превращается в потенциальную.

Превращение энергии из одного вида в другой происходит также при ударе двух каких-нибудь упругих тел, например резинового мяча о пол или стального шарика о стальную плиту.

Если поднять над стальной плитой стальной шарик (рис) и выпустить его из рук, он будет падать. По мере падения шарика его потенциальная энергия убывает, а кинетическая растет, так как увеличивается скорость движения шарика. При ударе шарика о плиту произойдет сжатие как шарика, так и плиты. Кинетическая энергия, которой шарик обладал, превратится в потенциальную энергию сжатой плиты и сжатого шарика. Затем благодаря действию упругих сил плита и шарик, примут свою первоначальную форму. Шарик отскочит от плиты, а их потенциальная энергия вновь превратится в кинетическую энергию шарика: шарик отскочит вверх со скоростью, почти равной скорости, которой обладал в момент удара о плиту. При подъеме вверх скорость шарика, а значит, и его кинетическая энергия уменьшаются, потенциальная энергия увеличивается. отскочив от плиты, шарик поднимается почти до той же высоты, с которой начал падать. В верхней точке подъема вся его кинетическая энергия вновь превратится в потенциальную.

Явления природы обычно сопровождается превращением одного вида энергии в другой.

Энергия может и передаваться от одного тела к другому. Так, например, при стрельбе из лука потенциальная энергия натянутой тетивы переходит в кинетическую энергию летящей стрелы.

Источник

Механическая работа — энергия, которую затратила сила для перемещения тела:
(A=Fcdot s)
([A]=1~Нcdotм=1~Дж)

Единица работы (1) Дж — это работа, совершённая силой (1) Н по перемещению тела в направлении действия силы на расстояние (1) м.

Эта единица измерения названа в честь английского учёного Джеймса Джоуля.

Используются килоджоули (кДж) и миллиджоули (мДж).

(1) кДж (= 1000) Дж
(1) Дж (= 0,001) кДж

(1) мДж (= 0,001) Дж
(1) Дж (= 1000) мДж

Приставка «кило» (к) означает

103

, или (1000),

а приставка «милли» (м) означает

10−3

, или (0,001).

Пример:

выражаем в джоулях:

1) (11) кДж (= 11000) Дж;

2) (12) мДж (= 0,012) Дж.

Выражаем в килоджоулях:

(67500) Дж (= 67,5) кДж.

Выражаем в миллиджоулях:

(5,8) Дж (= 5800) мДж.

Источник

Загрузить PDF

Джоуль (Дж) – это одна из важнейших единиц измерения в Международной системе единиц (СИ). В джоулях измеряется работа, энергия и количество теплоты. Чтобы представить окончательный результат в джоулях, работайте с единицами измерения, принятыми в СИ. Если в задаче даны другие единицы измерения, конвертируйте их в единицы измерения из Международной системы единиц.

1
Понятие работы в физике. Если вы передвинете коробку, то вы совершите работу. Если вы поднимите коробку, то вы совершите работу. Чтобы работа была выполнена, необходимо соблюдение двух условий:^[1]
- Вы прикладываете постоянную силу.
- Под действием приложенной силы тело перемещается по направлению действия силы.
2
Вычислите работу. Для этого перемножьте силу и расстояние (на которое переместилось тело). В СИ сила измеряется в ньютонах, а расстояние в метрах. Если вы используете эти единицы, полученная работа будет измеряться в джоулях.
- При решении задач определите направление приложенной силы. Поднимая коробку, сила направлена снизу вверх, но если вы возьмете коробку в руки и пройдете некоторое расстояние, то вы не совершите работу – вы прикладываете силу, чтобы коробка не упала, но под действием этой силы коробка не перемещается.^[2]
3
Найдите массу тела. Она необходима для вычисления силы, которую нужно приложить, чтобы переместить тело. Рассмотрим пример: вычислите работу, совершаемую спортсменом при подъеме (с пола до груди) штанги массой 10 кг.
- Если в задаче даны нестандартные единицы измерения, конвертируйте их в единицы измерения СИ.
4
Вычислите силу. Сила = масса х ускорение. В нашем примере учитываем ускорение свободного падения, которое равно 9,8 м/с². Сила, которую нужно приложить, чтобы переместить штангу вверх, равна 10 (кг) х 9,8 (м/с²) = 98 кг∙м/с² = 98 Н.
- Если тело перемещается в горизонтальной плоскости, не учитывайте ускорение свободного падения. Возможно, в задаче потребуют вычислить силу, необходимую для преодоления трения. Если ускорение в задаче дано, просто умножьте его на данную массу тела.
5

Измерьте пройденное расстояние. В нашем примере допустим, что штанга поднимается на высоту 1,5 м. (Если в задаче даны нестандартные единицы измерения, конвертируйте их в единицы измерения СИ.)
6

Умножьте силу на расстояние. Для того, чтобы поднять штангу массой 10 кг на высоту 1,5 м, спортсмен совершит работу, равную 98 х 1,5 = 147 Дж.
7

Вычислите работу, когда сила направлена под углом. Предыдущий пример был довольно прост: направления силы и движения тела совпадали. Но в некоторых случаях сила направлена под углом к направлению движения. Рассмотрим пример: вычислите работу, совершаемую ребенком, который тянет сани на расстояние 25 м за веревку, имеющую отклонение от горизонтали в 30º. В этом случае работа = сила х косинус (θ) х расстояние. Угол θ – это угол между направлением силы и направлением движения.^[3]
8
Найдите общую приложенную силу. В нашем примере допустим, что ребенок прикладывает силу, равную 10 Н.
- Если в задаче сказано, что сила направлена вверх, или вправо/влево, или ее направление совпадает с направлением движения тела, то для вычисления работы просто перемножьте силу и расстояние.
9
Вычислите соответствующую силу. В нашем примере только некоторая часть от общей силы тянет сани вперед. Так как веревка направлена вверх (под углом к горизонтали), другая часть от общей силы пытается приподнять сани. Поэтому вычислите силу, направление которой совпадает с направлением движения.
- В нашем примере угол θ (между землей и веревкой) равен 30º.
- cosθ = cos30º = (√3)/2 = 0,866. Найдите это значение при помощи калькулятора; в качестве единицы измерения угла в калькуляторе установите градусы.
- Умножьте общую силу на cosθ. В нашем примере: 10 х 0,866 = 8,66 Н – это сила, направление которой совпадает с направлением движения.
10

Умножьте соответствующую силу на расстояние, чтобы вычислить работу. В нашем примере: 8,66 (Н) х 20 (м) = 173,2 Дж.

Реклама

1

Мощность и энергия. Мощность измеряется в ваттах (Вт) и характеризует скорость изменения, преобразования, передачи или потребления энергии, которая измеряется в джоулях (Дж). Чтобы вычислить энергию (Дж) по данной мощности (Вт), необходимо знать отрезок времени.
2
Для вычисления энергии (Дж) умножьте мощность (Вт) на время (с). Устройство, мощность которого равна 1 Вт, потребляет 1 Дж энергии за каждую 1 с. Например, вычислим энергию, потребляемую лампочкой мощностью 60 Вт в течение 120 секунд: 60 (Вт) х 120 (с) = 7200 Дж^[4]
- Эта формула верна для любой мощности, измеренной в ваттах, но чаще всего применяется в задачах с участием электричества.
Реклама

1
Кинетическая энергия – это энергия движения. Она может быть выражена в джоулях (Дж).
- Кинетическая энергия эквивалентна работе, совершенной для ускорения неподвижного тела до определенной скорости. Достигнув определенной скорости, кинетическая энергия тела остается постоянной до тех пор, пока не преобразуется в тепло (от трения), гравитационную потенциальную энергию (при движении против силы тяжести) или другие виды энергии.
2

Найдите массу тела. Например, вычислите кинетическую энергию велосипеда и велосипедиста. Масса велосипедиста равна 50 кг, а масса велосипеда равна 20 кг, то есть общая масса тела равна 70 кг (рассматривайте велосипед и велосипедиста как единое тело, так как они будут двигаться в одном направлении и с одной скоростью).
3
Вычислите скорость. Если скорость дана в задаче, перейдите к следующему шагу; в противном случае вычислите ее одним из способов, указанных ниже. Обратите внимание, что здесь направлением скорости можно пренебречь; более того, предположим, что велосипедист едет строго по прямой.
- Если велосипедист ехал с постоянной скоростью (без ускорения), измерьте пройденное расстояние (м) и разделите его на время (с), затраченное на прохождение этого расстояния. Так вы получите среднюю скорость.
- Если велосипедист ускорялся, а значение ускорения и направление движения не менялись, то скорость в данный момент времени t вычисляется по формуле: ускорение х t + начальная скорость. Время измеряется в секундах, скорость в м/с, ускорение в м/с².
4
Подставьте значения в формулу. Кинетическая энергия = (1/2)mv², где m – масса, v – скорость. Например, если скорость велосипедиста равна 15 м/с, то его кинетическая энергия K = (1/2)(70 кг)(15 м/с)² = (1/2)(70 кг)(15 м/с)(15 м/с) = 7875 кг∙м²/с² = 7875 Н∙м = 7875 Дж
- Формула для вычисления кинетической энергии выводится из определения работы (W = FΔs) и кинематического уравнения (v² = v₀² + 2aΔs, где Δs – пройденное расстояние).^[5]
Реклама

1
Найдите массу нагретого тела. Для этого используйте балансовые или пружинные весы. Если тело – это жидкость, сначала взвесьте пустой контейнер (в который выльете жидкость), чтобы найти его массу. Взвесив жидкость, вычтите из полученного значения массу пустого контейнера, чтобы найти массу жидкости. Например, рассмотрим воду массой 500 г.
- Чтобы результат измерялся в джоулях, масса должна измеряться в граммах.
2
Найдите удельную теплоемкость тела. Ее можно найти в учебнике по химии, физике или в интернете. Удельная теплоемкость воды равна 4,19 Дж/г.^[6]
- Удельная теплоемкость немного меняется с изменением температуры и давления. Например, в некоторых источниках удельная теплоемкость воды равна 4,18 Дж/г (так как разные источники выбирают различные значения «эталонной температуры»).
- Температура может измеряться в градусах по Кельвину или Цельсию (так как разность двух значений температур будет одинаковой), но не в градусах по Фаренгейту.
3

Найдите начальную температуру тела. Если тело – это жидкость, воспользуйтесь термометром.
4
Нагрейте тело и найдите его конечную температуру. Так вы сможете найти количество теплоты, переданной телу при его нагревании.
- Если вы хотите найти общую энергию, преобразованную в тепло, считайте, что начальная температура тела равна абсолютному нулю (0 по Кельвину или -273,15 по Цельсию). Обычно это не применяется.
5

Вычтите начальную температуру тела из конечной температуры, чтобы найти изменение температуры тела. Например, воду нагревают с 15 градусов по Цельсию до 35 градусов по Цельсию, то есть изменение температуры воды равно 20 градусам по Цельсию.
6
Перемножьте массу тела, его удельную теплоемкость и изменение температуры тела. Формула: H = mcΔT, где ΔT – это изменение температуры. В нашем примере: 500 х 4,19 х 20 = 41,900 Дж
- Количество теплоты иногда измеряется в калориях или килокалориях. Калории – это количество теплоты, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды на 1 градус по Цельсию; килокалории – это количество теплоты, необходимое для повышения температуры 1 кг воды на 1 градус по Цельсию. В приведенном выше примере для повышения температуры 500 г воды на 20 градусов по Цельсию потребуется 10000 калорий или 10 ккал.
Реклама

1

Здесь описывается способ вычисления потока энергии в электрической цепи. Приводится практический пример, на основе которого можно решать физические задачи. Для начала вычислим мощность по формуле P = I² x R, где I – сила тока (А), R –сопротивление (Ом).^[7] Вы найдете мощность (Вт), при помощи которой можно вычислить энергию (Дж) (смотрите вторую главу).
2

Возьмите резистор. Значение сопротивления (Ом) резистора обозначается числом или маркировкой в виде цветной полосы. Вы также можете определить сопротивление резистора, подключив его к омметру или мультиметру. Например, возьмем резистор с сопротивлением 10 Ом.
3

Подключите резистор к источнику тока. Для этого используйте зажимы «крокодил» или экспериментальный стенд с электрической цепью.
4

В течение определенного времени через цепь пропускайте ток. Например, делайте это в течение 10 с.
5

Определите силу тока. Для этого воспользуйтесь амперметром или мультиметром. Например, сила тока равна 100 мА = 0,1 А.
6

Вычислите мощность (Вт) по формуле P = I² x R. В нашем примере: Р = 0,1² х 10 = 0,01 х 10 = 0,1 Вт = 100 мВт
7
Перемножьте мощность и время, чтобы найти энергию (Дж). В нашем примере: 0,1 (Вт) х 10 (с) = 1 Дж.
- Так как 1 джоуль – это небольшое значение, а мощность электроприборов указывается в ваттах, милливаттах и киловаттах, то в жилищно-коммунальной сфере энергию обычно измеряют в киловатт-часах. Если 1 Вт = 1 Дж/с, то 1 Дж = 1 Вт∙с; если 1 кВт = 1 кДж/с, то 1 кДж = 1 кВт∙с. Так как 1 ч = 3600 с, то 1 кВт∙ч = 3600 кВт∙с = 3600 кДж = 3600000 Дж.
Реклама

Советы

В СИ энергия и работа также измеряется в эргах. 1 эрг = 1 дина (единица измерения силы) х 1 см. 1 Дж = 10000000 эрг.

Предупреждения

Джоуль и ньютон-метр – это единицы измерения работы. В джоулях измеряют энергию и работу, совершенную при движении тела по прямой. Если же тело вращается, применяется единица измерения ньютон-метр.

Что вам понадобится

Работа и кинетическая энергия:

Секундомер или таймер
Весы
Калькулятор с функцией косинуса

Электрическая энергия:

Резистор
Провода или экспериментальный стенд
Мультиметр (или омметр и амперметр)
Зажимы «крокодил»

Количество теплоты:

Нагреваемое тело
Источник тепла (например, горелка)
Термометр
Справочник для определения удельной теплоемкости нагреваемого тела

Об этой статье

Эту страницу просматривали 59 670 раз.

Была ли эта статья полезной?

Источник

В джоулях измеряется работа силы, а также энергия. Работа силы тяжести вычисляется по формуле: A=m*g*(h1-h2). Сила тяжести: F=m*g. Размерность работы силы тяжести: [кг*м*м/(с^2)]=[кг*(м^2)/(с^2)]=[Н*м]=[Дж]. 1 Джоуль — это работа, совершённая силой 1 Н на перемещение груза массой 1 кг на расстояние 1 м или на его опускание (подъём) на 1 м. В электричестве 1 Джоуль — это единица измерения энергии. Тепловая электрическая энергия: A=U*I*t. Размерность тепловой энергии от электричества: [В*А*с]=[(м^2)*кг*А*с/(А*(с^3))]=[кг*(м^2)/(с^2)]=[Дж]. В этом случае 1 Джоуль — это энергия, которая выделится за 1 секунду при прохождении тока через проводник силой тока 1 Ампер при напряжении 1 Вольт. Из размерности единиц измерения видно, что «Вольт» — это составная единица измерения. Размерность вольта: В=[кг*(м^2)/(А*(с^3))]. Размерность единицы Ньютона: [Н]=[кг*м/(с^2)]. Все остальные единицы измерения — простые (используется один символ).

автор вопроса выбрал этот ответ лучшим

Tanyetta
[298K]

6 лет назад

Нам необходимо вспомнить школьные годы, а именно уроки физики, ведь именно на этом предмете мы впервые услышали об ученом Джоуле. Начнем с того, что Джоуль — это единица измерения механической работы, энергии, количества теплоты, которая равна одному Ньютону умноженному на один метр. Запишем саму формулу: 1 Дж = 1 Н * 1 м. Само название Джоуль, положил в честь английского ученого и физика ( Дж ) и это обозначение до сих пор применяется в вычислениях , например на физике при решении задач, лабораторных работ и многого другого.

Поэтому мы можем в свою очередь, сказать спасибо таким великим ученым, например как Джоуль.

Ксарфакс
[156K]

6 лет назад

Джоуль — это одна из единиц СИ, которая используется в физике. Джоуль используется для измерения работы, энергии, а также количества теплоты.

Он обозначается символом Дж.

1 Джоуль — это работа, которая совершается во время перемещения точки приложения силы, которая равна 1 ньютону, на расстояние, равное 1 метру в направлении действия силы.

Таким образом, 1 Дж равен Н*м => 1 Дж = (1кг*м²)/с².

Что касается электричества, то 1 Дж — это работа, совершаемая электрическим полем за 1 секунду, которая требуется для поддержания силы тока, равной 1 амперу, при том, что ток проходит через сопротивление, равное 1 вольту.

Здесь 1 Дж равен 1 Вт⋅с.

Кроме того, в такая единица, как 1 кВт·ч включает в себя 3,6 МДж.

А ещё, 1 джоуль равен около 0,24 калориям.

На самом деле, джоуль является единицей измерений таких известных физических величин, как энергия, количество теплоты, выделяемое при каком либо действии, а так же энергии. Если происходит перемещение точки приложения силы, которая приравнивается к одному Ньютону, в направлении воздействия силы, расстояние при этом равняется одному метру — это и будет считаться Джоулем.

Leona-100
[110K]

6 лет назад

Из школьного курса физики я точно знаю. что один джоуль равен одному Ньютону, который умножен на метр. Формула будет выглядеть вот так: 1Дж = 1Н • 1м. А вообще в физике Джоуль нужен для измерения энергии, количества теплоты и работы. В электричестве же 1 Джоуль будет равен 1 Вт⋅с.

Для того чтобы вычислить то, чему равен 1 Джоуль, достаточно рассчитать его по формуле

В которой один килограмм определенного предмета движется на расстоянии в один метр и на него действует постоянная сила в один Ньютон.

В качестве мер, приведу фото-материал:

ovasiliev
[30.8K]

6 лет назад

Джоуль — единица измерения энергии в системе СИ. Трактуется она как работа силы в 1 ньютон по перемещению тела на 1 метр, при отсутствии других сил, действующих на тело, или же равнодействующей силы в 1 ньютон. От массы тела, к которому она приложена, работа при этом не зависит.

Что такое один ньютон? Это сила притяжения гравитации Земли, действующая на тело массой 102 грамма. Возьмите в руку гирьку в 102 грамма. Сила её тяжести, действующая на вашу руку, и будет равно одному ньютону. Теперь отпустите гирьку. Если пренебречь силой сопротивления воздуха (в начале разгона ей можно пренебречь), то через метр полёта гирька будет обладать кинетической энергией в один джоуль, а её потенциальная энергия уменьшится на один джоуль. Если гирька через метр полёта ударится о твёрдую поверхность, то в результате столкновения выделится тепловая энергия в один джоуль.

Сидор Пятницкий
[34]

4 года назад

Все эти объяснения никуда не годятся, всё бутафория.., не более, чем игра чисел!

Какой еще ньютон умноженный, на метр, да массой в 1 кг…? Кто, какой школьник будет в этом разбираться? Ему задачку по физике решить бы, а уж до понимания там, как пешком до Луны!

Впрочем как и у преподавателя. Очень сильно сомневаюсь, что большинство преподавателей до конца понимают что такое 1 джоуль.

Но! Достаточно школьнику или взрослому объяснить все нормальным человеческим языком, как и тот и другой становятся отличниками учёбы!

А всего то навсего:

Например, есть пуля, массой 12 г, или пуля знаменитого пистолета Макарова — 6,1 г.

Пуля вылетает из ствола пистолета со скоростью 315 м/сек.

Энергия пули в джоулях будет равна — массе пули, умнож. на кв.скорости и разделенной на 2.

E = m*V*V|2

Сосчитаем. Получаем: Епули = (315м/сек * 315 м/сек * 0,0061 кг)/2 = 303 джоуля.

Есть и другой вариант, для пистолета нелетального действия «Оса».

Для «Осы» получаем: Епули = (0,012кг * 120 м/сек * 120 м/сек)/2 = 86,4 джоуля

Из расчета понятно — энергия пули пистолета «Оса» почти в четыре раза больше, чем у пистолета Макарова.

А дальше становится еще понятнее уже без расчетов:

Бытовой перфоратор: удар от 2 до 12 джоулей

Отбойный молоток: удар от 25 до 35 джоулей

Бетоноломы демонтажа железобетонный конструкций: от 80 до 90 джоулей

В городе Донецке был учитель математики и директор школы Шатаолов Виктор Федорович, который из круглых двоечников делал круглых отличников. Методы его обучения были элементарно просты — от простого к сложному только через понимание! И никак иначе…

Ну и разумеется, ничего не стоит преподавателю или взрослому образованному человеку перевести всю эту радость в ньютоны с метрами, если будет желание!

РУДЬКО
[257K]

6 лет назад

Джоуль- это еденица механической «работы».Равен 1 Джоуль одному Ньютону , умноженному на 1 метр.То есть, это работа, совершаемая при передвижении груза в в 1 кг на расстояние 1 метр, при приложении силы в 1 Ньютон.Как-то так.

SuperDed
[155]

7 лет назад

Один Джоуль равен Одному Ньютону умноженному на один метр. [Дж] = [Н*м]

Антошка72
[28]

7 лет назад

Джоуль — это физическая единица, которая применяется для измерения работы, а также любой энергии. http://www.spishy-u-antoshki.ru/mekhanicheskaya-rabota.html внизу страницы указано, что В честь английского ученого Д.Джоуля единица измерения работы получила название 1 Джоуль.

В международной системе единиц (СИ):

[А] = Дж = Н • м

1Дж = 1Н • 1м

Измеряется количество теплоты также в джоулях (1 Дж), как и всякий вид энергии.

Вили Борисович
[26.5K]

6 лет назад

Джоуль является единицей измерения в системе СИ, рассказывали про Джоуль на уроках физики в школе. Итак Джоуль это единица измерения работы, энергии и теплоты. Название Джоуль появилось благодаря английскому изобретателю Джеймсу Джоулю, который и изобрел формулу измерения работы, энергии и тепла. В честь него и названа это единица измерения.

moreljuba
[62.5K]

6 лет назад

Джоуль представляет собой физическую единицу измерения , применяюмую для измерения работы и прочей энергии. Один Джоуль приравнивается к одному Ньютону умноженному на один метр. Таким образом один Джоуль — некая работа , которая совершается при движении груза массой в один кг на расстояние в 1 метр с приложением силы в 1 Ньютон.

Знаете ответ?

Источник

Download Article

Named for English physicist James Prescott Joule, the joule (J) is one of the cornerstone units of the International metric system. The joule is used as a unit of work, energy, and heat, and is widely used in scientific applications. If you want your answer to be in joules, always make sure to use standard scientific units. The «foot pound» or the «British thermal unit» are still used in some fields, but they have no place in your physics homework.

Formulas

Joules are a unit of energy. Here are formulas for the most common situations where you would calculate energy. As long as you use the SI units listed beneath each formula, your answer will be in joules.

1
Understand what work means in physics. If you push a box across the room, you’ve done work. If you lift it upward, you’ve done work. There are two important qualities that have to be there for «work» to happen:^[1]
- You’re applying constant force.
- The force is causing the object to move in the direction of the force.
2
Define work. Work is easy to calculate. Just multiply the amount of force used, and the amount of distance traveled. Usually, scientists measure force in Newtons, and distance in meters. If you use these units, your answer will be work in units of Joules.^[2]
- Whenever you read a word problem about work, stop and think where the force is being applied. If you lift a box, you’re pushing upward, and the box is moving up — so the distance is however much it rises. But if you then walk forward holding the box, there’s no work happening at all. You’re pushing upward still, to keep the box from falling, but the box isn’t moving up.^[3]
Advertisement
3
Find the mass of the object being moved. You need to know the mass to figure out how much force you need to move it. For our first example, we’ll use a person lifting a weight from the floor to her chest, and calculate how much work that person exerts on the weight. Let’s say the weight has a mass of 10 kilograms (kg).
- Avoid using pounds or other non-standard units, or your final answer won’t be in terms of joules.
4
Calculate the force. Force = mass x acceleration. In our example, lifting a weight straight up, the acceleration we’re fighting is due to gravity, which equals 9.8 meters/second². Calculate the force required to move our weight upward by multiplying (10 kg) x (9.8 m/s²) = 98 kg m/s² = 98 Newtons (N).
- If the object is being moved horizontally, gravity is irrelevant. The problem may ask you to calculate the force required to overcome friction instead. If the problem tells you how fast the object is accelerating when it is pushed, you can multiply the acceleration given with the mass.
5

Measure the distance being moved. For this example, let’s say the weight is being lifted 1.5 meters (m). The distance must be measured in meters, or your final answer will not be written in Joules.
6

Multiply the force by the distance. To lift a 98 Newton weight 1.5 meters upward, you’ll need to exert 98 x 1.5 = 147 Joules of work.^[4]
7

Calculate work for objects moving at an angle. Our example above was simple: someone exerted a force upward on the object, and the object moved upward. Sometimes, the direction of the force and the movement of the object aren’t quite the same, due to multiple forces acting on the object. In the next example, we’ll calculate the amount of Joules needed for a kid to drag a sled 20 meters across flat snow by pulling on a rope angled upward at 30º. For this scenario, Work = force x cosine(θ) x distance. The θ symbol is the Greek letter «theta,» and describes the angle between the direction of force and the direction of movement.^[5]
8
Find the total force applied. For this problem, let’s say the kid is pulling on the rope with a force of 10 Newtons.^[6]
- If the problem gives you the «rightward force,» «upward force,» or «force in the direction of motion,» it has already calculated the «force x cos(θ)» part of the problem, and you can skip down to multiplying the values together
9
Calculate the relevant force. Only some of the force is pulling the sled forward. Since the rope is at an angle upward, the rest of the force is trying to yank the sled upward, uselessly pulling against gravity. Calculate the force that applies in the direction of motion:
- In our example, the angle θ between the flat snow and the rope is 30º.
- Calculate cos(θ). cos(30º) = (√3)/2 = about 0.866. You can use a calculator to find this value, but make sure your calculator is set to the same unit as your angle measurement (degrees or radians).
- Multiply the total force x cos(θ). In our example, 10N x 0.866 = 8.66 N of force in the direction of motion.
10

Multiply force x distance. Now that we know how much force is actually going toward the direction of motion, we can calculate work as usual. Our problem tells us the sled moved 20 meters forward, so calculate 8.66 N x 20 m = 173.2 joules of work.^[7]

1

Understand power and energy. Watts are a measure of power, or how fast energy is used (energy over time). Joules is a measure of energy. In order to convert from watts to joules, you need to specify a length of time. The longer a current flows, the more energy it uses.
2
Multiply watts by seconds to get joules. A 1 Watt device consumes 1 Joule of energy every 1 second. If you multiply the number of watts by the number of seconds, you’ll end up with joules. To find out how much energy a 60W light bulb consumes in 120 seconds, simply multiply (60 watts) x (120 seconds) = 7200 Joules.^[8]
- This formula works for any form of power measured in watts, but electricity is the most common application.

1
Understand kinetic energy. Kinetic energy is the amount of energy in the form of motion. Like any unit of energy, it can be express in units of Joules.^[9]
- Kinetic energy is equivalent to the amount of work done to accelerate a stationary object to a certain speed. Once it has reached that speed, the object retains that amount of kinetic energy until that energy transforms into heat (from friction), gravitational potential energy (from moving against gravity), or other types of energy.
2

Find the mass of the object. For example, we can measure the kinetic energy of a bicycle & bicyclist. Let’s say the cyclist has a mass of 50 kg, and the cycle has a mass of 20 kg, for a total mass m of 70 kg. We can now treat them as one 70 kg object, since they’ll be traveling together at the same speed.
3
Calculate speed. If you already know the bicyclist’s speed or velocity, just write it down and move on. If you need to calculate it yourself, use one of these methods below. Note that we care about the speed, not the velocity (which is speed in a certain direction), even though the abbreviation v is often used. Ignore any turns the bicyclist makes and pretend all distance traveled is one straight line.^[10]
- If the bicyclist moved at a constant rate (didn’t accelerate), measure the distance the bicyclist traveled in meters, and divide it by the number of seconds it took to move that distance. This will give you the average speed, which in this scenario is the same as the speed at any given moment.
- If the bicyclist is accelerating at constant acceleration and doesn’t change direction, calculate his speed at time t with the formula «speed at time t = (acceleration)(t) + initial speed. Use seconds to measure time, meters/second to measure speed, and m/s² to measure acceleration.
4
Enter these numbers into the following formula. Kinetic energy = (1/2)mv².^[11] For instance, if the bicyclist is traveling at 15 m/s, its kinetic energy K = (1/2)(70 kg)(15 m/s)² = (1/2)(70 kg)(15 m/s)(15 m/s) = 7875 kgm²/s² = 7875 newton meters = 7875 joules.
- The kinetic energy formula can be derived from the definition of work, W = FΔs, and the kinematic equation v² = v₀² + 2aΔs.^[12] Δs refers to «change in position,» or the amount of distance traveled.

1
Find the mass of the object being heated. Use a balance or spring scale for this. If the object is a liquid, first weigh the empty container the liquid will be held in and find its mass. You’ll need to subtract this from the mass of the container and liquid together to find the liquid’s mass. For this example, we’ll assume the object is 500 grams of water.
- Use grams, not any other unit, or the result will not be in Joules.
2
Find the object’s specific heat capacity. This information can be found in a chemistry reference, either in book form or online. For water, the specific heat capacity c is 4.19 joules per gram for each degree Celsius it is heated – or 4.1855, if you need to be very precise.^[13]
- Specific heat capacity actually varies slightly based on temperature and pressure. Different organizations and textbooks use different «standard temperatures,» so you may see the specific heat capacity of water listed as 4.179 instead.
- You can use Kelvin instead of Celsius, since a difference in temperature is the same in both units (heating something by 3ºC is the same as heating by 3 Kelvin). Do not use Fahrenheit, or your result will not be in Joules.
3

Find the current temperature of the object. If the object is a liquid, you can use a bulb thermometer. For some objects, you may need a probe thermometer.
4
Heat the object and measure the temperature again. This will let use measure the amount of heat being added to the object during the heat.
- If you want to measure the total amount of energy stored as heat, you can pretend the initial temperature was absolute zero: 0 Kelvin or -273.15ºC. This is not typically useful.
5

Subtract the original temperature from the heated temperature. This will produce the degrees of temperature change in the object. Assuming the water was originally at 15 degrees Celsius and heated to 35 degrees Celsius, the temperature change would be 20 degrees Celsius.^[14]
6
Multiply the mass of the object by its specific heat capacity and by the amount of temperature change. This formula is written H = mcΔT, where ΔT means «change in temperature.»^[15] For this example, this would be 500g x 4.19 x 20, or 41,900 joules.
- Heat is more commonly expressed in the metric system in terms of either calories or kilocalories. A calorie is defined as the amount of heat required to raise the temperature of 1 gram of water 1 degree Celsius, while a Kilocalorie (or Calorie) is the amount of heat required to raise the temperature of 1 kilogram of water 1 degree Celsius. In the example above, raising 500 grams of water 20 degrees Celsius would expend 10,000 calories or 10 kilocalories.

1

Use the steps below to calculate energy flow in an electrical circuit. The steps below are written as a practical example, but you can use the method to understand written physics problems as well. First, we’ll calculate the power P using the formula P = I² x R, where I is the current in amperes (amps) and R is the resistance in ohms.^[16] These units give us the power in watts, so from there, we’ can use the formula in the previous step to calculate the energy in joules.
2

Choose a resistor. Resistors are rated in ohms, with the rating either labeled directly or indicated with a series of colored bands. You can also test a resistor’s resistance by connecting it to an ohmmeter or multimeter. For this example, we’ll assume the resistor is rated at 10 ohms.
3

Connect the resistor to a current source. Either connect wires to the resistor with Fahnestock or alligator clips, or plug the resistor into a testing board.
4

Run a current through the circuit for a set period of time. For this example, we’ll use a period of 10 seconds.
5

Measure the strength of the current. Do this with an ammeter or a multimeter. Most household current is in milliamperes, or thousandths of an ampere, so we’ll assume the current is 100 milliamperes, or 0.1 ampere.
6

Use the formula P = I² x R. To find the power, multiply the square of the current by the resistance. This yields the power output in watts. Squaring 0.1 gives 0.01, multiplied by 10, gives a power output of 0.1 watt, or 100 milliwatts.
7
Multiply the power by the amount of time elapsed. This gives the energy output in joules. 0.1 watt x 10 seconds equals 1 joule of electrical energy.
- As joules are small units, and because appliances commonly use watts, milliwatts, and kilowatts to indicate how much power they use, utilities commonly measure their energy output in kilowatt-hours. One watt equals 1 joule per second, or 1 joule equals 1 watt-second; a kilowatt equals 1 kilojoules per second and a kilojoule equals 1 kilowatt-second. As there are 3,600 seconds in an hour, 1 kilowatt-hour equals 3,600 kilowatt-seconds, 3,600 kilojoules, or 3,600,000 joules.

Add New Question

Question

Hair dryer (1500 W) operated for 5 minutes what’s the amount of electrical energy?

1500W = 1500 J/s. 5 minutes = 300 s. Amount of Joules = 300 s * 1500 J/s = 450000 J = 450 kJ.
Question

How do I convert kilojoules into joules?

There are 1000 joules per kilojoule. Therefore, multiply the kilojoule value by 1000 to get the joule equivalent value. Example: 4.23 kJ = 4230J.

Ask a Question

200 characters left

Include your email address to get a message when this question is answered.

Submit

Related to the joule is another metric unit of work and energy called the erg; 1 erg equals 1 dyne of force times a distance of 1 cm. One joule equals 10,000,000 ergs.

Although the terms «joule» and «newton-meter» describe the same unit, in practice «joule» is used when representing any form of energy and for work performed in a straight line, as in the example above of running up a flight of stairs. When used to measure torque, the application of force in rotating an object, the term «newton-meter» is preferred.

Things You’ll Need

Work or Kinetic Energy:

Stopwatch or timer
Scale or balance
Calculator with cosine function (work only, not always needed)

Calculating Electrical Energy:

Resistor
Wires or test board
Multimeter (or separate ohmmeter and ammeter)
Fahnestock or alligator clips

Heat:

Object to heat
Heat source (such as a Bunsen burner)
Thermometer (either bulb or probe thermometer)
Chemistry reference book (for finding the specific heat capacity of the object being heated)

References

About This Article

Article SummaryX

To calculate heat in joules, start by finding the mass in grams of the object being heated. Then, find the object’s heat capacity in Celsius or Kelvin. Once you have the mass and heat capacity, find the object’s current temperature and its temperature after it’s heated. Next, subtract the original temperature from the heated temperature and multiply the difference by the mass and the heat capacity to find the heat in joules. To learn how to calculate energy or work in joules, keep reading!

Did this summary help you?

Thanks to all authors for creating a page that has been read 557,368 times.

Reader Success Stories

«Just that l got the formula was helpful because many websites don’t have that just very long writing.»

Did this article help you?

Источник