În acest articol, aș dori să mă concentrez pe o altă cantitate fizică, și anume forța.
Forța apare datorită interacțiunii a două corpuri sau între câmpurile fizice (câmp gravitațional și câmp electric) și corp.
Unitatea de forță este Newton N.
Forța 1N exprimă cantitatea de energie (lucru mecanic) pe care un corp o vinde unui alt corp pe unitate de timp 1s.
Formula pentru calcularea forței F = m * a.
F = forță, m = masă, a = accelerație,
Forța F determină o accelerație a pentru un corp de masă m.
Pentru ca un corp care cântărește 5 kg să atingă viteza de 2 m/s în 1 s, trebuie să acționeze asupra lui o forță de 10 N.
a = v/t = 2/1 = 2m/s 2, F = m * a = 5 * 2 = 10N,
În 1s, forța 10N efectuează lucrarea W = F * t = 10 * 1 = 10J
W = F * s = 0,5 * m * v 2 = 0,5 * 5 * 2 2 = 10J,
În acest caz, cantitatea de muncă realizată conform ambelor formule este aceeași.
Pentru ca un corp care cântărește 5 kg să atingă viteza de 4 m/s, trebuie să i se aplice o forță de 10 N de 2 ori pentru o perioadă mai lungă de 2 s.
În 2s forța 10N va face lucrarea W = F * t = 10 * 2 = 20J
W = F * s = 0,5 * m * v 2 = 0,5 * 5 * 4 2 = 40N,
Pentru a atinge viteza de 2 ori, aceeași forță la aceeași greutate corporală trebuie să facă de 2 ori mai multă muncă și nu de 4 ori, deoarece se bazează pe formula validă pentru calcularea muncii.
Cantitatea efectivă de lucru cu mișcare uniform accelerată poate fi calculată numai conform formulei W = F * t!
Pentru ca un corp de masă m să atingă viteza v, trebuie efectuată întotdeauna aceeași cantitate de lucru W, indiferent de magnitudinea forței utilizate.
Dacă folosesc forța F, un corp de masă m va avea accelerația a și viteza v va atinge timpul t.
F = 20N, m = 2kg, v = 10m/s, a = F/m = 20/2 = 10m/s 2 .
t = v/a = 10/10 = 1s. W = F * t = 20 * 1 = 20J,
Dacă folosesc forța 2F, un corp de masă m va avea accelerația 2a și viteza v va atinge 0,5t în timp.
F = 40N, m = 2kg, v = 10m/s, a = F/m = 40/2 = 20m/s2,
t = v/a = 10/20 = 0,5s W = F * t = 40 * 0,5 = 20J,
Dacă folosesc o forță de 0,5F un corp de masă m va avea o accelerație de 0,5a și viteza v va atinge 2t în timp.
F = 10N, m = 2kg, v = 10m/s, a = F/m = 10/2 = 5m/s2,
t = v/a = 10/5 = 2s, W = F * t = 10 * 2 = 20J,
Pentru ca un corp de masă m să atingă viteza v, trebuie efectuată întotdeauna aceeași cantitate de lucru, indiferent de magnitudinea forței utilizate. Mai multă putere funcționează mai puțin timp și mai puțină energie funcționează mai mult.
Doar munca efectuată de forța F pentru timpul t cu mișcare uniform accelerată poate fi considerată energie cinetică. Ek = W = F * t = m * v.
Cu o mișcare uniform accelerată, forța F nu funcționează pe întreaga cale, pe care formula validă pentru calcularea lucrării o ignoră și, prin urmare, conform formulei valide W = F * m se bazează o lucrare mult mai mare.
Forța funcționează numai în timpul schimbării vitezei.
La o accelerație de 10m/s 2, corpul schimbă viteza în 1s de la 0m/s la 10m/s, sau de la 10m/s la 20m/s, sau de la 20m/s la 30m/s. La fiecare schimbare de viteză, corpul parcurge o distanță de 0,5 * a = 5m în 1 s.
Deși corpul trece 45m în 3s, forța efectuează lucrări numai pe pistă 3 * 5m = 15m.
Conform formulei W = F * s, este posibil să se calculeze numai munca necesară pentru a depăși fricțiunea și rezistența mediului. Această lucrare nu poate fi considerată energie cinetică, deoarece este consumată în timpul mișcării pentru a depăși fricțiunea și rezistența mediului.!
Fricțiunea are loc cu fiecare mișcare. Forța necesară pentru depășirea frecării poate fi calculată conform formulei, Ft = fo * Fn
Ft = forța de frecare
fo = coeficient de frecare în repaus.
Fn = forță perpendiculară pe direcția de mișcare (gravitație).
Viteza și timpul nu au niciun efect asupra lucrărilor necesare pentru depășirea frecării și, prin urmare, depind doar de forța de frecare și traiectoria. Lucrarea necesară pentru depășirea frecării la o distanță s poate fi calculată conform formulei W = Ft * s.
Ft = forța de frecare
Munca necesară pentru a depăși fricțiunea este consumată în timpul mișcării pentru a depăși fricțiunea și, prin urmare, nu poate fi considerată energie cinetică.
Același lucru se aplică lucrării necesare pentru depășirea gravitației pe orbita s.
Fg = forța gravitațională
Viteza și timpul nu au niciun efect asupra muncii necesare pentru depășirea gravitației și, prin urmare, sunt dependente doar de forța gravitațională și traiectoria (înălțimea). Munca necesară pentru a depăși gravitația este consumată în timpul mișcării pentru a depăși gravitația și, prin urmare, nu poate fi considerată energie cinetică.