Δεν υπάρχει ορισμός για το τι είναι η ενέργεια, αλλά γνωρίζουμε ότι η ύπαρξή της καθιστά δυνατή την εργασία. Η ενέργεια που αποθηκεύεται στα τρόφιμα, για παράδειγμα, κάνει τα όργανα του σώματος ενός ατόμου να λειτουργούν σωστά. Τα καύσιμα κάνουν τα οχήματα να κινούνται. Παρομοίως, η ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από την μπαταρία αναγκάζει τα ηλεκτρόνια στα ενεργειακά αγώγιμα καλώδια να κινούνται.
Όταν μιλάμε για ενέργεια, είναι εξαιρετικά σημαντικό να δοθεί έμφαση στην αρχή της εξοικονόμησης ενέργειας. Αυτή η αρχή, σύμφωνα με τον Lavoisier, λέει: «Στη φύση τίποτα δεν χάνεται, τίποτα δεν δημιουργείται, όλα μεταμορφώνονται».
Για να δείξουμε παραδείγματα ενεργειακών μετατροπών, ας εξετάσουμε ένα χαλαρό ελατήριο (σχήμα 1), δηλαδή ένα ελατήριο που δεν είναι τεντωμένο. Κοίτα:
Η συμπίεση του ελατηρίου απαιτεί ενέργεια. Έτσι, μια δύναμη εφαρμόζεται σε ένα από τα άκρα της, έτσι ώστε να συστέλλεται. Λέμε ότι με την άσκηση δύναμης την άνοιξη, γίνεται δουλειά. Αυτή η εργασία αντιστοιχεί στην ενέργεια που μεταφέρεται από το άτομο στο ελατήριο. Το Σχήμα 2 αντιπροσωπεύει το ελατήριο που έχει ήδη συμπιεστεί και με μια κλειδαριά στο καροτσάκι, εμποδίζοντας την απελευθέρωσή του.
Το συμπιεσμένο ελατήριο αποθηκεύει ενέργεια. Αυτή η ενέργεια, ωστόσο, μπορεί να εκδηλωθεί μόνο με την αφαίρεση της κλειδαριάς από το καλάθι. Η ενέργεια που αποθηκεύεται την άνοιξη ονομάζεται Ελαστική Δυναμική Ενέργεια. Δυνητικό γιατί μπορεί να εκδηλωθεί και να είναι ελαστικό επειδή βρίσκεται σε παραμορφωμένο ελαστικό σώμα.
Τώρα, κοιτάζοντας το Σχήμα 3, παρατηρούμε ότι το καλάθι ελευθερώθηκε. Όταν αφαιρέθηκε η κλειδαριά, η πιθανή ενέργεια που αποθηκεύτηκε την άνοιξη εκδηλώθηκε, προκαλώντας την κίνηση του καροτσιού. Και πάλι έχουμε κάνει τη δουλειά. Τώρα αυτή η εργασία αντιστοιχεί στην ενέργεια που μεταφέρεται από το ελατήριο στο καλάθι. Η ενέργεια που έχει αποκτήσει το καλάθι ονομάζεται Kinetic Energy.
Κινητική ενέργεια: είναι η ενέργεια που σχετίζεται με την κίνηση των σωμάτων.
Δυνητική ενέργεια (βαρυτική, ελαστική, ηλεκτρική κ.λπ.): είναι η ενέργεια που έχει ένα σώμα σε σχέση με τη συγκεκριμένη θέση που καταλαμβάνει.
Ελλείψει τριβής, η συνολική μηχανική ενέργεια ενός συστήματος διατηρείται, με μόνο τη μετατροπή της πιθανής ενέργειας σε κινητική ενέργεια και το αντίστροφο. Κοίτα:
ΚΑΙmec= ΚΑΙντο + ΚΑΙΠ
Είναι πολύ σημαντικό να καταστεί σαφές ότι η εργασία και οι μορφές ενέργειας είναι βαριές ποσότητες.
έργο μιας δύναμης
Η εργασία είναι το μέτρο της ενέργειας που μεταφέρεται σε ένα σώμα, λόγω της εφαρμογής μιας δύναμης κατά μήκος μιας μετατόπισης. Στη Φυσική, η εργασία αντιπροσωπεύεται συνήθως από το W (το οποίο προέρχεται από την αγγλική εργασία) ή συνηθέστερα το ελληνικό γράμμα tau
.Για τον υπολογισμό της εργασίας μιας δύναμης, είναι σημαντικό να τονιστεί ότι μπορεί να είναι:
Εργασία σταθερής δύναμης παράλληλης προς μετατόπιση: υπολογίζεται όταν εφαρμόζεται η δύναμη προς την ίδια κατεύθυνση με την μετατόπιση. Μπορεί να υπολογιστεί ως εξής:
Δεδομένου ότι η γωνία μεταξύ της δύναμης και της μετατόπισης είναι μηδέν, κάνει το συνημίτονο αυτής της γωνίας ίσο με 1, καθιστώντας την έκφραση ισοδύναμη με:
Όπου D είναι η μετατόπιση που υπέστη το σώμα.
Εργασία με σταθερή δύναμη και όχι παράλληλη με την μετατόπιση:
Όταν έχουμε την εφαρμογή σταθερής δύναμης και όχι παράλληλη, όπως στο παραπάνω σχήμα, υπολογίζουμε την εργασία ως εξής:
Εκεί όπου? είναι η γωνία που σχηματίζεται μεταξύ της δύναμης και της μετατόπισης που υφίσταται το σώμα.
Στο SI (Διεθνές Σύστημα Μονάδων) το έργο δίνεται σε joule, το οποίο αντιπροσωπεύεται από το γράμμα (Ι) και η δύναμη δίνεται σε Newton (Ν). Αυτή η μονάδα πήρε το όνομά της από τον Βρετανό φυσικό James Prescott Joule. Στο σύστημα CGS, η μονάδα εργασίας είναι erg = dyne x centimeter.
Από τον Marco Aurélio da Silva
Σχολική ομάδα της Βραζιλίας
