In Physics,
the concepts of work and power help us understand
and explain lots of things in our universe.
Let's start with work.
Positive work is the energy we put into a system,
and negative work is energy that is transferred out.
Think of positive work as money being added to your bank account,
and negative work as money taken out.
In the metric system,
work and energy are measured in Joules.
As an example, let's take a beautiful, old, mechanical grandfather clock.
We transfer energy into the clock
when we turn the crank
to raise the heavy metal cylinders inside the clock.
When we do this, we are doing positive work,
adding energy to the clock,
and that energy is stored as gravitational potential energy.
We can calculate the amount of work done by multiplying the force we apply
times the distance over which we apply the force.
To raise the metal cylinders,
we need to apply a force equal to their weight.
That is, equal to the force of gravity
pulling downward on the cylinders.
These cylinders weight 300 Newtons,
which is pretty heavy,
about as much as a small child,
and if we lift them 1/2 meter,
then we do 300 Newtons
times 1/2 meter
or 150 Joules of work.
Power is the rate at which energy is transferred.
When we say rate,
we mean the amount of energy transferred
per unit of time.
In the metric system, power is measured in
Joules per second,
or Watts.
The term Watt goes back to James Watt,
who came up with the concept of horsepower
to measure the amount of power
produced by a typical work horse.
James Watt was a producer of industrial steam engines,
and he wanted his potential customers
to be able to make comparisons
between his steam engines and a familiar quanity,
the power they could get from a working horse.
It was such a useful idea
that the metric system unit for power, the Watt,
is named after James Watt.
Following in James Watt's footsteps,
let's compare the amount of power it takes
to run this grandfather clock
to the power we'd need to run
a bright, 100-Watt light bulb.
We can measure the power a person uses
to wind the clock
by dividing the amount of work they did
by the time it took them to do it.
If it takes 1 minute, or 60 seconds,
to lift the weights,
then they are doing 150 Joules
divided by 60 seconds,
or 2.5 Joules per second of work.
They are adding energy to the clock
in the rate of 2.5 Watts.
You would need about 40 times as much
to run a bright, 100-Watt light bulb.
Before we let the clock run,
the energy is stored
as gravitational potential energy of the cylinders.
It's like your bank account
when you have just deposited money.
But if we let the clock run,
the cylinders slowly move downward.
Energy is leaving the clock.
In fact, when the cylinders get to the bottom,
all the energy that we put in will have left.
So how much power does the clock use?
That is, how many Joules of energy per second leave the clock
if it takes 5 days for the cylinders to return to their original position?
We can figure this out
because we already know how much work we did
when we lifted the cylinders:
150 Joules.
But this time, it took 5 days rather than a minute.
Five days is 5 times 24
times 60
times 60 again
or 432,000 seconds.
So we divide the work done by the time
and find the answer of about 0.00035 Joules per second,
or about 0.35 milliwatts.
That's a tiny amount of power.
This clock uses so little power
that you could run almost 300,000 clocks
using the same power it takes to run one 100-Watt light bulb.
That's right, you could run a clock in every house
in a medium sized city with that much power.
That's a pretty amazing conclusion
and it took knowledge of work
and power to figure it out.
في الفيزياء،
مفاهيم الشغل والقدرة تساعدنا على فهم
وتفسير الكثير من الأمور في عالمنا.
لنبدأ مع الشغل.
الشغل الإيجابي هو الطاقة التي نضعها في النظام،
والشغل السلبي هو الطاقة التي تنتقل خارجًا.
فكّر في الشغل الإيجابي على أنه إيداع للنقود في حسابك البنكي،
والشغل السلبي هو سحب النقود من الحساب.
في النظام المتري،
الشغل والطاقة تقاسان بالجول.
كمثال، لنأخذ ساعة بندول ميكانيكية عتيقة وجميلة،
ننقل الطاقة إلى الساعة
عندما نحرِّك السَاعد
لرفع الأسطوانات المعدنية الثقيلة داخل الساعة.
حينما نقوم بذلك، نقوم بشغلٍ إيجابي،
بإضافتنا الطاقة إلى الساعة،
وتلك الطاقة خزَنت كطاقة كامنة ناشئة عن الجاذبـية.
يمكننا حساب كمية الشغل المنجز عن طريق ضرب القوة المطبّقة
في المسافة التي تحركها الجسم بفعل القوة.
لرفع الأسطوانات المعدنية،
نحن بحاجة إلى تطبيق قوة مساوية لوزنها.
وهذا يعني أن تكون مساوية لقوة الجاذبية
التي تسحب الأسطوانات إلى أسفل.
هذه الأسطوانات تزن 300 نيوتن،
إنها ثقيلة جداً،
ما يقارب وزن طفل صغير،
وإذا رفعناها نصف متر،
نأخذ إذن 300 نيوتن
مضروبة في نصف متر
أي 150 جول من الشغل.
القدرة هي المعدّل الذي تنتقل به الطاقة.
عندما نقول معدّل،
نعني كمية الطاقة المنقولة
لكل وحدة من الزمن.
في النظام المتري، القدرة تقاس
بالجول لكل ثانية،
أو الواط.
مصطلح الواط يعود إلى "جيمس واط"،
الذي ابتكر مفهوم قوة الحصان (وحدة قدرة)
لقياس كمية القدرة
التي تنتج بواسطة حصان أعمال عادي.
"جيمس واط" كان منتجا للمحركات البخارية الصناعية،
وأراد أن يكون زبناؤه المحتملون
قادرين على إجراء مقارنات
بين محركاته البخارية و بقية المحركات المألوفة،
عن طريق القدرة التي تستطيع أن تنتجها بواسطة حصان عمل.
كانت هذه فكرة مفيدة
أن تكون وحدة القدرة في النظام المتري، الواط،
التي سمّيت بإسم "جيمس وات".
سيرًا على خطى "جيمس وات"،
لنقارن بين مقدار القدرة التي تستهلك
لتشغيل ساعة البندول
بالقدرة التي نحتاجها لتشغيل
مصباح بقدرة 100 واط.
يمكننا قياس القدرة التي يستخدمها الشخص
لتدوير الساعة
بتقسيم كمية الشّغل الذي قام به
بالوقت المستغرق منه لعمل ذلك.
إذا استغرق دقيقة واحدة، أو 60 ثانية،
لرفع الأثقال،
إذاً كمية الشّغل تساوي 150 جول
مقسومة على 60 ثانية،
يساوي 2.5 جولا لكل ثانية من الشّغل.
لقد قام بإضافة الطاقة إلى الساعة
بمعدّل 2.5 واط.
قد تحتاجون حوالي 40 ضعفًا من هذا المعدّل
لتشغيل مصباح بقدرة 100 واط.
قبل أن نترك الساعة لتعمل،
الطاقة خزّنت
كطاقة كامنة في الأسطوانات (طاقة الوضع).
إنها مثل حسابك البنكي
عندما تودّع نقودك فيه.
ولكن لو تركنا الساعة تعمل،
ستتحرك الأسطوانات ببطئ إلى الأسفل.
الطاقة تغادر الساعة.
في الواقع، عندما تصل الأسطوانات إلى النهاية،
كل الطاقة التي وضعناها قد غادرتها.
لذا، كم هي القدرة التي استهلكتها الساعة؟
بمعنى آخر، كم جولاً من الطاقة قد غادر الساعة في كل ثانية
إذا استغرقت الأسطوانات 5 أيام لتعود إلى مكانها الأصلي؟
بإمكاننا معرفة هذا
لأننا نعرف بالفعل كمية الشغل الذي أدّيناه
عندما رفعنا الأسطوانات:
150 جولا.
لكن هذه المرة، استغرق الأمر 5 أيام بدلاً من دقيقة.
خمسة أيام تعني 5 ضرب 24
ضرب 60
ضرب 60 مجددا
أي 432,000 ثانية.
لذا نقسِّم الشغل المنجز على الوقت
سنجد أن الإجابة هي حوالي 0.00035 جولا في الثانية،
أي مايقارب 0.35 مِلّي واط.
هذه كمية ضئيلة من القدرة.
هذه الساعة تستخدم قدرة ضئيلة جدًا
بإمكانك تشغيل ما يقرب من 300,000 ساعة
باستخدام نفس القدرة التي يستهلكها مصباح واحد بقدرة 100-واط.
هذا صحيح، بإمكانك تشغيل ساعة في كل بيت
في مدينة متوسطة الحجم بذلك القدر من الطاقة.
هذا استنتاج مذهل
ويتطلب معرفة بالشغل
والقدرة لاكتشاف ذلك.
لە فیزیادا،
چەمکەکانی کارو هێز یارمەتیمان دەدات بۆ تێگەیشتن لە کار
و زۆر شت ڕوون دەکاتەوە لە گەردوونەکەماندا.
با دەست بە کار بکەین.
کاری ئەرێنی ئەو وزەیەیە کە ئێمە دەیخەینە ناو سیستەمێک،
کاری نەرێنیش وزەی گواستنەوەیە بۆ دەرەوە.
بیر لە کاری ئەرێنی بکەوە وەک ئەوەی پارە زیاد بکرێت بۆ هەژمارە بانکیەکەت،
کاری نەرێنیش وەک پارە دەرکراوەکەیە.
لە سیستەمی مەتری،
کار و وزە بە یەکەی جوڵ دەپێورێت.
بۆ نموونە، کاتژمێرێکی جوان، کۆن و میکانیکی وەرگرین.
وزە دەگوازرێتەوە بۆ کاتژمێر
کاتێک کە دەسوڕێتەوە
بۆ بەرز کردنەوەی لوولەی کانزای قورس لە ناو کاتژمێرەکە.
کاتێک ئەمە دەکەین، کاری ئەرێنی دەکەین،
زیاد کردنی وزە بۆ کاتژمێرەکە،
و ئەو وزەیە وەک وزەی توانای ڕاکێشانی هەڵگیراوە.
دەتوانین هەژماری بڕی کار بکەین ئەنجام دراوە بە لێکدانی ئەو هێزەی جێبەجێی دەکەین
ئەو دوورییەمان بۆ دەبڕێت کە ئێمە ئەو هێزەی لە سەر جێبەجێ دەکەین.
بۆ بەرزکردنەوەی کانزای لوولەکە،
پێویستە هێزێکی یەکسان بە کێشی ئەوان جێبەجێ بکەین.
واتا، یەکسانە بە هێزی ڕاکێشان
لە سەر لوولەکە بەرەو خوارەوە.
ئەم لوولە کێشی ۳٠٠ نیوتنە،
کە زۆر قورسە،
بە نزیکەیی منداڵێکی بچوک،
و ئەگەر ۱/۲ مەتر بەرزیان بکەنەوە،
دواتر ۳٠٠ نیوتن
کات ۱/۲ مەتر
یان ۱٥٠ جوڵی کار.
هێز ئەو ڕێژەیە یە کە وزە لەچ بارێکدا دەگوازرێتەوە.
کاتێک دەڵێین ڕێژە،
مەبەستمان لە بڕی وزەی گواستراوەیە
بۆ هەر یەکەیەکی کات.
لە سیستەمی مەتریدا، هێز دەپێورا بە
جووڵ لە چرکەیەکدا،
یان واتس.
واژەی وات دەگەڕێتەوە بۆ جەیمس وات،
کە بیرۆکەی هێزی ئەسپی هێنا
بۆ پێوانە کردنی بڕی هێز
کە لە لایەن ئەسپێکی کاری ئاساییەوە بەرهەم هێنراوە.
جەیمس وات بەرهەم هێنەری بزوێنەری هەڵمی پیشەسازی بوو،
و ئەو کڕیارە شاراوەکانی دەویست
تا بتوانێت بەراوردێک بکات
لە نێوان بزوێنەرە هەڵمییەکانی و چەندایەتییەکی ئاشنا،
ئەو هێزەی کە لە ئەسپێکی کارکەر دەیانتوانی بە دەستی بهێنن.
بیرۆکەیەکی بەسوود بوو
کە یەکەی سیستەمی مەتری بۆ هێز، وات،
ناوی جەیمس واتی لێنراوە.
شوێن پێی جەیمس وات،
بە بەراوردی ئەو توانایە بکەین کە دەیەوێت
بۆ بەڕێوەبردنی ئەم کاتژمێرەی باپیرە
بۆ ئەو هێزەی کە پێویستە ڕابکەین
گڵۆپێکی گەشی ۱٠٠ وات.
دەتوانین پێوەری هێزەکە بکەین کە
کەسێک بە کاری دەهێنێت بۆ خولانەوەی کاتژمێرەکە
بە بەشکردنی ئەو ڕێژە کارەی ئەنجامیان داوە
کاتێک کە پێی دەکردن.
ئەگەر ۱ خولەک، یان ٦٠ چرکە بخایەنێت،
بۆ بەرزکردنەوەی قورساییەکان،
پاشان ئەوان ۱٥٠ جوڵ دەکەن
دابەشی کرد بە ٦٠چرکە،
یان ۲.٥ جوڵ لە چرکەیەکی کارکردندا.
وزە زیاد دەکەن بۆ کاتژمێرەکە
بە ڕێژەی ۲.٥ وات.
پێویستت بە ٤٠ ئەوەندەیە
بۆ ئەوەی گڵۆپێکی ۱٠٠ واتی ڕووناک، کارپێ بکەیت.
پێش ئەوەی کاتژمێرەکە بڕوات،
وزەکە خەزن کراوە
وەک وزەی توانای ڕاکێشانی لوولەکان.
وەک حسابی بانکیت وایە
کاتێک پارەت دانا.
بەڵام ئەگەر ڕێگە بە کاتژمێرەکە بدەین،
لوولەکان بە هێواشی بەرەو خوارەوە دەڕۆن.
وزە کاتژمێرەکە جێدێڵێت.
لە ڕاستیدا، کاتێک لوولەکان دەکەونە خوارەوە،
هەموو ئەو وزەیەی کە داماننابوو بەجێما.
کەواتە کاتژمێرەکە چەند هێز بەکار دەهێنێت؟
واتا، چەند جوڵە وزە لە چرکەیەکدا کاتژمێرەکە جێدێڵن
ئەگەر ٥ ڕۆژ بخایەنێت بۆ گەڕانەوەی لوولەکان بۆ شوێنی بنەڕەتی خۆیان؟
دەتوانین ئەمە بزانین
چونکە ئێمە دەزانین چەند کارمان کرد
کاتێک لوولەکەمان بەرز کردەوە:
۱٥٠ جوڵ.
بەڵام ئەمجارە، ٥ ڕۆژی خایاند نەک خولەکێک.
پێنج ڕۆژ ٥جار ۲٤
٦٠جار
دووبارە ٦٠ جار
یان ٤۳۲,٠٠٠ چرکە.
بۆیە ئەو کارە دابەشدەکەین بە پێی کات ئینجا
وەڵامی٠٫٠٠٠٣٥ جوڵ لە چرکەیەکدا بدۆزنەوە،
یان نزیکەی ٠,۳٥ مللیوات.
ئەوە بڕێکی زۆر زۆرە.
ئەم کاتژمێرە هێزی زۆر کەم بەکاردەهێنێت
کە دەتوانی ۳٠٠,٠٠٠ کاتژمێر ڕابکەیت
بە بەکارهێنانی هەمان هێز کە دەتوانێت گڵۆپێکی ١٠٠- وات بخاتە کار.
ڕاستە، دەتوانیت لە هەموو ماڵێک کاتژمێر
بە کاربهێنیت لەشارێکی قەبارە مامناوەنددا بەو هێزە زۆرە.
ئەوە دەرئەنجامێکی زۆر سەرسوڕهێنەرە
و زانیاری وەرگرت لە کار
و هێز بۆ ئەوەی بیدۆزمەوە.
Στη Φυσική,
οι έννοιες του έργου και της ισχύος μάς βοηθούν να κατανοήσουμε
και να εξηγήσουμε αρκετά πράγματα στο σύμπαν μας.
Ας αρχίσουμε με το έργο.
Θετικό είναι το έργο όταν ενέργεια αποθηκεύεται σε ένα σύστημα
και αρνητικό όταν η ενέργεια εξάγεται από το σύστημα στο περιβάλλον.
Το θετικό έργο είναι όπως όταν χρήματα κατατίθενται στο τραπεζικό λογαριασμό σας,
και το αρνητικό έργο όταν αποσύρονται.
Στο μετρικό σύστημα,
το έργο και η ενέργεια μετρώνται σε Joule.
Ως παράδειγμα, ας πάρουμε ένα όμορφο, παλιό, μηχανικό ρολόι του παππού.
Μεταφέρουμε ενέργεια στο ρολόι
όταν το κουρδίζουμε
για να ανυψώσουμε έναν βαρύ, μεταλλικό κύλινδρο μέσα στο ρολόι.
Όταν το κάνουμε αυτό, παράγουμε θετικό έργο,
προσθέτοντας ενέργεια στο ρολόι,
και αυτή αποθηκεύεται ως βαρυτική δυναμική ενέργεια.
Υπολογίζουμε το παραγόμενο έργο πολλαπλασιάζοντας τη δύναμη που ασκούμε
επί την απόσταση στην οποία ασκούμε τη δύναμη.
Για να ανυψώσουμε τα βαρίδια,
πρέπει να ασκήσουμε δύναμη ίση με το βάρος τους.
Δηλαδή ίση με τη δύναμη της βαρύτητας
που τα έλκει κατακόρυφα προς τα κάτω.
Αυτά τα βαρίδια έχουν βάρος 300 Νιούτον,
είναι αρκετά βαριά,
όσο περίπου ένα μικρό παιδί,
και αν τα σηκώσουμε κατά μισό μέτρο,
τότε το έργο είναι 300 Νιούτον
επί μισό μέτρο,
ή έργο 150 Joule.
Η ισχύς είναι ο ρυθμός με τον οποίο μεταφέρεται η ενέργεια.
Όταν λέμε ρυθμό,
εννοούμε την ενέργεια που μεταφέρεται
ανά μονάδα χρόνου.
Στο μετρικό σύστημα (SI),
η ισχύς μετριέται σε Joule ανά δευτερόλεπτο,
ή Watt.
Ο όρος Watt προέρχεται από τον Τζέιμς Βατ,
που επινόησε την έννοια της «ιπποδύναμης»
για να μετρήσει την ισχύ
που παράγεται από ένα τυπικό άλογο εργασίας.
Ο Τζέιμς Βατ παρήγαγε ατμομηχανές για βιομηχανική χρήση
και ήθελε οι υποψήφιοι αγοραστές του
να μπορούν να συγκρίνουν
μεταξύ των δικών του ατμομηχανών και μιας προσφιλούς ποσότητας,
την ισχύ που μπορούν να έχουν από ένα άλογο εργασίας.
Ήταν τόσο χρήσιμη η ιδέα του
που στο μετρικό σύστημα (SI) η μονάδα μέτρησης ισχύος,
ονομάζεται Watt προς τιμήν του Τζέιμς Βατ.
Ακολουθώντας τα βήματα του Τζέιμς Βατ,
ας συγκρίνουμε την ισχύ που χρειάζεται
για να λειτουργεί το ρολόι του παππού,
με την ισχύ που χρειαζόμαστε
για ένα φωτεινό λαμπτήρα των 100 Watt.
Μετράμε την ισχύ που κάποιος εφαρμόζει όταν κουρδίζει το ρολόι,
διαιρώντας το έργο που έκανε
με το χρόνο που χρειάστηκε.
Αν χρειαστεί ένα λεπτό, ή 60 δευτερόλεπτα,
για να ανυψωθούν τα βαρίδια,
τότε παράγουν έργο 150 Joule,
και διαιρώντας με τα 60 δευτερόλεπτα
έχουμε 2,5 Joule έργου ανά δευτερόλεπτο.
Προσθέτουν ενέργεια στο ρολόι
με ρυθμό 2,5 Watt.
Θα χρειαζόσασταν περίπου 40 φορές περισσότερη ισχύ
για μια λάμπα 100 Watt.
Πριν το αφήσουμε να λειτουργήσει,
η ενέργεια αποθηκεύτηκε
ως βαρυτική δυναμική ενέργεια των κυλίνδρων.
Όπως ο λογαριασμός σας,
όταν μόλις έχετε καταθέσει χρήματα.
Αλλά όταν το ρολόι λειτουργεί,
τα βαρίδια μετακινούνται αργά προς τα κάτω.
Η ενέργεια απομακρύνεται από το ρολόι.
Όταν τα βαρίδια φτάσουν στο πάτο,
όλη η ενέργεια που αρχικά δώσαμε έχει απομακρυνθεί.
Πόση, λοιπόν, είναι η ισχύς του ρολογιού;
Δηλαδή, πόσα Joule ανά δευτερόλεπτο απομακρύνονται από το ρολόι,
αν χρειάζονται 5 ημέρες για να επανέλθουν τα βαρίδια στην αρχική τους θέση;
Το υπολογίζουμε εύκολα
επειδή ήδη γνωρίζουμε πόσο έργο κάναμε
όταν ανυψώσαμε τα βαρίδια:
150 Joule.
Αλλά τώρα, πήρε πέντε μέρες αντί για ένα λεπτό.
5 ημέρες επί 24 ώρες,
επί 60 λεπτά,
ξανά επί 60 δευτερόλεπτα,
ισούται με 432.000 δευτερόλεπτα.
Οπότε διαιρούμε το παραγόμενο έργο με το χρόνο
και βρίσκουμε περίπου 0,00035 Joule ανά δευτερόλεπτο,
ή 0,35 milliWatt περίπου.
Αυτό είναι ένα πολύ μικρό ποσό ισχύος.
Το ρολόι χρησιμοποιεί τόσο μικρή ισχύ
που θα μπορούσαν να λειτουργήσουν σχεδόν 300.000 τέτοια ρολόγια
με την ισχύ που χρειάζεται ένας λαμπτήρας των 100 Watt.
Σωστά, με τόση ισχύ θα λειτουργούσε ένα ρολόι σε κάθε σπίτι
σε μια μεσαίου μεγέθους πόλη .
Είναι ένα πολύ εντυπωσιακό αποτέλεσμα
και η γνώση του έργου
και της ισχύος βοήθησαν για να το βρούμε.
En Física,
los conceptos de trabajo y potencia sirven para entender
y explicar muchas cosas en nuestro universo.
Empecemos con el trabajo.
El trabajo positivo es la energía que ponemos en un sistema
y el trabajo negativo es la energía que se transfiere.
Piensen en el trabajo positivo como el dinero que se suma a su cuenta bancaria
y trabajo negativo como el dinero que sacan.
En el sistema métrico,
el trabajo y la energía se miden en joules.
Como ejemplo, veamos este hermoso y viejo reloj mecánico del abuelo.
Transferimos energía al reloj
cuando le damos cuerda
para izar los cilindros pesados metálicos del reloj.
Al hacerlo, realizamos trabajo positivo,
agregando energía al reloj,
energía que se almacena como energía potencial gravitatoria.
Podemos calcular la cantidad de trabajo hecho al multiplicar la fuerza que aplicamos
por la distancia en la que aplicamos la fuerza.
Para izar los cilindros metálicos,
necesitamos aplicar una fuerza igual a su peso.
Esto es, igual a la fuerza de gravedad.
que empuja hacia abajo los cilindros.
Estos cilindros pesan 300 newtons,
y esto es bastante pesado,
tanto como un niño pequeño,
y si los levantamos medio metro,
entonces son 300 newtons
por medio metro
o 150 joules de trabajo.
La potencia es la tasa a la que se transfiere la energía.
Cuando decimos tasa,
queremos decir la cantidad de energía transferida
por unidad de tiempo.
En el sistema métrico, la potencia se mide en
joules por segundo,
o varios.
El término vatio o watt viene de James Watt,
quien propuso el concepto de caballos de potencia
para medir la cantidad de potencia
producida por un caballo de trabajo típico.
James Watt fue el inventor de las máquinas de vapor industriales,
y quería que sus clientes potenciales
pudieran hacer comparaciones
entre sus máquinas de vapor y una cantidad familiar,
la potencia que podían obtener de una caballo de trabajo.
Fue una idea tan útil
que la unidad del sistema métrico de potencia es el vatio (watt),
acuñado en honor de James Watt.
Siguiendo los pasos de James Watt,
comparemos la cantidad de potencia requerida
para que este reloj del abuelo funcione
con la potencia que necesitaríamos para
encender un foco de 100 vatios.
Podemos medir la potencia que una persona
emplea para darle cuerda al reloj
dividiendo la cantidad de trabajo realizado
por el tiempo que toma hacerlo.
Si toma 1 minuto o 60 segundos,
levantar las pesas,
son 150 joules
divididos por 60 segundos,
o 2,5 joules por segundo de trabajo.
Están agregando energía al reloj
a una tasa de 2,5 vatios.
Necesitarían cerca de 40 veces lo mismo
para encender un foco de 100 vatios.
Antes de dejar que el reloj funcione,
la energía se almacena
como energía potencial gravitatoria de los cilindros.
Es como su cuenta bancaria
cuando han depositado dinero.
Pero si dejan funcionar el reloj.
los cilindros se mueven lentamente hacia abajo.
La energía se va del reloj.
De hecho, cuando los cilindros llegan al fondo,
toda la energía que pusimos se habrá acabado.
¿Entonces cuánta potencia usa el reloj?
Es decir ¿cuántos joules de energía por segundo se van del reloj,
si los cilindros necesitan 5 días para regresar a su posición original?
Lo podemos calcular
porque ya sabemos cuánto trabajo hacemos
cuando levantamos los cilindros:
150 joules.
Pero esta vez, tomó 5 días más que un minuto.
Cinco días es 5 por 24
por 60
por 60 otra vez
o 432 000 segundos.
Entonces dividimos el trabajo hecho por el tiempo
y la respuesta es cerca de 0,00035 joules por segundo,
o cerca de 0,35 milivatios.
Eso un una potencia diminuta.
Este reloj usa tan poca potencia
que podrían tener casi 300 000 relojes funcionando
con la misma potencia requerida para encender un foco de 100 vatios.
Así es, pueden tener un reloj funcionando en cada casa
en una ciudad mediana con toda esa potencia.
Esa es una conclusión bastante sorprendente
y conociendo el trabajo y
la potencia lo podemos calcular.
در علم فیزیک،
مفاهیم کار و توان به ما کمک میکند تا
چیزهای زیادی را در جهان درک کرده و آنها را توضیح دهیم.
اجازه دهید که با کار شروع کنیم.
کار مثبت انرژی است که آن را به یک سیستم میدهیم،
و کار منفی انرژی ست که به بیرون منتقل میشود.
فرض کنید که کار مثبت پولیست که در حساب بانکیتان قرار میدهید،
و کار منفی پولیست که از حساب تان بر میدارید.
در سیستم متریک،
انرژی و کار با واحد ژول اندازه گیری میشوند.
برای مثال، ساعت مکانیکی قدیمی و زیبای پاندولی (ساعت پدربزرگ) را درنظر بگیرید.
ما انرژی را به ساعت میدهیم
با چرخش محور
استوانه سنگین فلزی درون ساعت بلند شود.
وقتی این کار را میکنیم، کار مثبت است،
افزودن انرژی به ساعت،
و اینکه انرژی در حالت پتانسیل گرانشی ذخیره میشود.
میتوانیم میزان کار انجام شده را محاسبه کنیم
با ضرب نیروی وارد شده در فاصله که نیرو اعمال میشود.
تا استوانه فلزی را بالا ببریم،
لازم است تا نیرویی مساوی با وزن آن وارد کنیم.
این نیرو مساوی نیروی جاذبه است
که استوانه را به پایین میکشد.
این استوانهها ۳۰۰ نیوتن وزن دارند،
که نسبتاً سنگینند،
هم وزن بچهای کوچک،
و اگر آن را نیم متر بلند کنیم،
باید ۳۰۰ نیوتن را
در ۰/۵ متر ضرب کنیم
تا ۱۵۰ ژول کار داشته باشیم.
توان نرخی است که انرژی انتقال مییابد.
وقتی میگوییم نرخ،
یعنی میزان انرژي انتقال یافته
در واحد زمان.
در سیستم متریک، توان به واحد
ژول بر ثانیه
یا وات است.
واژه وات به «جیمز وات» باز میگردد،
او «ایده اسب بخار» را مطرح ساخت
تا توانی را اندازه بگیرد
که از کار اسبی معمولی بدست میآمد.
جیمز وات سازنده موتورهای بخار بود،
و میخواست مشتریهای او
بتوانند مقایسهای را
بین موتورهای بخار و موارد مشابه بکنند،
مثل توانی که از کار اسب بدست میآید.
آن ایده بسیار مفید بود
به نحوی که سیستم متریک واحد توان را «وات» گذاشت،
که از نام جیمز وات گرفته شده بود.
حال مسیر وات را دنبال کنیم،
بیایید مقایسهای بین توان لازم برای
راهاندازی ساعت پاندولی
و توان مورد نیاز برای
روشن کردن لامپ ۱۰۰ واتی بکنیم.
ما میتوانیم توان مصرفی شخصی را
که فنر ساعت را میچرخاند
از تقسیم میزان کار آنها به زمانی که
برای انجامش لازم است، بدست آوریم.
اگر یک دقیقه یا ۶۰ ثانیه طول بکشد،
تا وزن را بلند کنیم،
پس ۱۵۰ ژول کار انجام میشود
که به ۶۰ تقسیم شده،
و هر ثانیه ۲/۵ ژول کار میشود.
انرژی وارد به ساعت
برابر با ۲/۵ وات است.
اما شما ۴۰ برابر این مقدار را
برای روشن نمودن لامپ ۱۰۰ وات نیاز دارید.
قبل از اینکه بگذاریم ساعت کار کند،
انرژی به شکل
پتانسیل گرانشی در استوانهها ذخیره میشود.
مثل حساب بانکی شما
وقتی پول به آن واریز میکنید.
اما اگر ساعت کار کند،
استوانهها به آرامی پایین میآیند.
انرژی از ساعت بیرون میرود.
در حقیقت، وقتی استوانهها کاملاً پایین آمدند،
انرژی آن کاملاً تخلیه میشود.
خوب، توان مصرفی ساعت چقدر است؟
جواب، میزان تخلیه انرژی ساعت دیواری در هر ثانیه است
اگر ۵ روز بگذرد تا استوانهها به جایگاه اولیه بازگردند چطور؟
میتوانیم آن را بیابیم
چرا که میدانیم چه مقدار کار انجام دادیم
وقتی استوانهها را بلند کردیم:
۱۵۰ ژول.
اما این بار نه یک دقیقه بلکه ۵ روز طول میکشد
۵ روز برابر با ۵ ضربدر ۲۴
ضربدر ۶۰
و دوباره ضربدر ۶۰ است.
که ۴۳۲ هزار ثانیه میشود.
پس ما کار انجام شده را به زمان تقسیم میکنیم
و جواب ۰/۰۰۰۳۵ ژول در ثانیه را مییابیم،
که همان ۰/۳۵ میلی وات است.
این مقدار توان بسیار کوچک است.
این ساعت توان بسیار کمی را مصرف میکند
و شما میتوانید تقریباً ۳۰۰ هزار ساعت را راه بیاندازید
با همان میزان توان مصرفی لازم برای روشن نگه داشتن لامپ ۱۰۰ واتی.
دقیقاً! شما در هر خانهای میتوانید ساعتی را
در شهری معمولی با این توان راه بیاندازید.
این نتیجه گیری فوق العادهای است
و دانش مسأله کار
و توان برای یافتنش لازم بود.
En physique,
les notions de travail et de puissance mécanique nous aident à comprendre
et expliquer beaucoup de choses dans notre univers.
Commençons par le travail.
Le travail positif est l'énergie que nous mettons dans un système,
et le travail négatif est l'énergie qui est transférée à l'extérieur.
Pensez au travail positif comme de l'argent qu'on ajoute à votre compte en banque,
et au travail du négatif comme de l'argent qu'on en retire.
Dans le système métrique,
travail mécanique et énergie sont mesurés en Joules.
À titre d'exemple, prenons une belle vieille horloge mécanique de grand-père.
Nous transférons l'énergie dans l'horloge
quand on tourne la manivelle
pour élever les lourds cylindres de métal à l'intérieur de l'horloge.
Quand nous faisons cela, nous faisons un travail mécanique positif,
en ajoutant de l'énergie à l'horloge,
et cette énergie est emmagasinée sous forme d'énergie potentielle gravitationnelle.
Nous pouvons calculer la quantité de travail accompli en multipliant la force que nous appliquons
par la distance sur laquelle nous appliquons la force.
Pour élever les cylindres métalliques,
nous avons besoin d'appliquer une force égale à leur poids.
Autrement dit, égale à la force de gravité
tirant les cylindres vers le bas.
Ces cylindres pèsent 300 Newtons,
ce qui est assez lourd,
à peu près autant qu'un petit enfant,
et si nous les levons de 1/2 mètre,
alors nous faisons 300 Newtons
multiplié par 1/2 mètre
ou 150 Joules de travail.
La puissance est la vitesse à laquelle l'énergie est transférée.
Quand nous disons vitesse,
nous voulons dire la quantité d'énergie transférée
par unité de temps.
Dans le système métrique, la puissance est mesurée en
Joules par seconde,
ou Watts.
Le terme Watt remonte à James Watt,
qui a inventé la notion de chevaux
pour mesurer la quantité d'énergie
produite par un cheval de trait typique.
James Watt était un producteur de machines à vapeur industrielles,
et il voulait que ses clients potentiels
pussent faire des comparaisons
entre ses machines à vapeur et une quantité familière,
la puissance qu'ils pouvaient obtenir d'un cheval de trait.
C'était une idée tellement utile
que l'unité du système métrique pour la puissance mécanique, le Watt,
porte le nom de James Watt.
Suivant les traces de James Watt,
comparons la quantité de puissance qu'il faut
pour faire fonctionner cette horloge de grand-père
à la puissance qu'il nous faudrait pour faire fonctionner
une ampoule de 100 watts.
Nous pouvons mesurer la puissance qu'une personne utilise
pour remonter l'horloge
en divisant la quantité de travail qu'il a fait
par le temps qu'il lui a fallu pour le faire.
Si ça prend 1 minute, ou 60 secondes,
pour soulever les poids,
puis il fait 150 Joules
divisé par 60 secondes,
ou 2,5 Joules par seconde de travail mécanique.
Il ajoute l'énergie à l'horloge
au taux de 2,5 Watts.
Vous auriez besoin d'environ 40 fois plus
pour faire fonctionner une ampoule de 100 watts.
Avant de laisser l'horloge fonctionner,
l'énergie est emmagasinée
comme énergie potentielle gravitationnelle des cylindres.
C'est comme votre compte bancaire
quand vous venez de déposer de l'argent.
Mais si nous laissons l'horloge fonctionner,
les cylindres se déplacent lentement vers le bas.
L'énergie quitte l'horloge.
En fait, quand les cylindres arrivent au fond,
toute l'énergie potentielle que nous avons apporté sera partie.
Quelle quantité d'énergie l'horloge utilise-t-elle ?
Autrement dit, combien de Joules d'énergie par seconde quittent l'horloge
si il faut 5 jours pour que les cylindres reviennent à leur position d'origine ?
Nous pouvons trouver ça
parce que nous savons déjà la quantité de travail que nous avons faite
quand nous avons soulevé les cylindres :
150 Joules.
Mais cette fois, il a fallu 5 jours plutôt qu'une minute.
Cinq jours c'est 5 fois 24
fois 60
fois 60 à nouveau
soit 432 000 secondes.
Nous divisons donc le travail accompli par le temps
et trouvons la réponse d'environ 0,00035 Joules par seconde,
ou environ 0,35 milliwatts.
C'est une toute petite quantité de puissance.
Cette horloge utilise tellement peu de puissance
que vous pouvez faire fonctionner presque 300 000 horloges
à l'aide de la même puissance qu'il faut pour faire fonctionner une ampoule de 100 watts.
C'est vrai, vous pouvez faire fonctionner une horloge dans chaque maison
dans une ville de taille moyenne avec cette puissance.
C'est une conclusion assez étonnante
et il a fallu connaître le travail
et la puissance pour y parvenir.
בפיסיקה,
הרעיון של עבודה והספק עוזרים לנו להבין
ולהסביר הרבה דברים ביקום.
בואו נתחיל עם עבודה.
עבודה חיובית זו האנרגיה שאנחנו מכניסים למערכת,
ועבודה שלילית היא האנרגיה שמועברת החוצה.
חשבו על עבודה חיובית כעל כסף שמוסף לחשבון הבנק שלכם,
ועבודה שלילית ככסף שמוצא.
בשיטה המטרית,
עבודה ואנרגיה נמדדות בג'אול.
לדוגמה, בואו ניקח את שעון הסבא המכאני, העתיק והיפה.
אנחנו מעבירים אנרגיה לתוך השעון
כשאנחנו מותחים אותו
כדי להעלות צילינדרים מתכתיים כבדים בתוך השעון.
כשאנחנו עושים את זה, אנחנו עושים עבודה חיובית,
מוסיפים אנרגיה לשעון,
והאנרגיה הזו נשמרת כאנרגיה פוטנציאלית כבידתית.
אנחנו יכולים לחשב את כמות העבודה שנעשתה על ידי הכפלת הכוח שהפעלנו
כפול המרחק שבו הפעלנו את הכוח.
כדי להרים את גלילי המתכת,
אנחנו מפעילים כוח שווה למשקל שלהם.
זה אומר, שווה לכוח הכבידה
שמושך אותם למטה.
הגלילים האלה שוקלים 300 ניוטון,
שזה די כבד,
בערך במשקל של ילד קטן,
ואם נרים אותם 1/2 מטר,
אז אנחנו עושים 300 ניוטון
כפול 1/2 מטר
או 150 ג'אול של עבודה.
הספק הוא הקצב בו האנרגיה מועברת.
כשאנחנו אומרים קצב,
אנחנו מתכוונים לכמות האנרגיה המועברת
ליחידת זמן.
בשיטה המטרית, הספק נמדד
בג'אול לשניה,
או וואט.
המונח וואט חוזר אחורה לג'יימס וואט,
שהגה את הרעיון של כוח סוס
כדי למדוד את כמות הההספק
שמיוצר על ידי סוס עבודה טיפוסי.
ג'יימס וואט היה יצרן של מנועי קיטור תעשייתיים,
והוא רצה שהלקוחות הפוטנציאלים שלו
יוכלו לעשות השוואות
בין מנועי הקיטור שלו ומידה מוכרת,
ההספק שהם יכולים לקבל מסוס עבודה.
זה היה רעיון כל כך יעיל
שהיחידה בשיטה המטרית להספק, הוואט,
נקראת על שם ג'יימס וואט.
בעקבות ג'יימס וואט,
בואו נשווה את כמות ההספק הנדרשת
להפעיל את שעון הסבא
להספק שדרוש להפעיל
נורת 100 וואט בוהקת.
אנחנו יכולים למדוד את ההספק שאדם מפעיל
כדי למתוח את השעון
על ידי חלוקת כמות העבודה שהם עשו
בזמן שהיה דרוש לעשות אותה.
אם זה לוקח דקה אחת, או 60 שניות,
להרים את המשקולות,
אז הם עושים 150 ג'אול
חלקי 60 שניות,
או 2.5 ג'אולים לשניה של עבודה.
הם מוסיפים אנרגיה לשעון
בקצב של 2.5 וואט.
אתם תצטרכו בערך פי 40
כדי להפעיל נורת 100 וואט בוהקת.
לפני שניתן לשעון לפעול,
האנרגיה שמורה
כאנרגיה כבידתית פוטנציאלית בגלילים.
זה כמו חשבון הבנק שלכם
כבדיוק הפקדתם כסף.
אבל אם ניתן לשעון לפעול,
הגלילים ינועו למטה באיטיות.
אנרגיה עוזבת את השעון.
למעשה, כשהגלילים מגיעים לתחתית,
כל האנרגיה שהכנסנו למערכת יצאה.
אז בכמה הספק משתמש השעון?
הכוונה היא, כמה ג'אול של אנרגיה לשניה עוזבת את השעון
אם לוקח לגלילים 5 ימים לחזור למקומם המקורי?
אנחנו יכולים לחשב את זה
מפני שאנחנו יודעים כמה עבודה עשינו
כשהרמנו את הגלילים:
150 ג'אול.
אבל הפעם, לקח 5 ימים במקום דקה.
חמישה ימים זה 5 פעמים 24
כפול 60
כפול 60 שוב
או 432,000 שניות.
אז אנחנו מחלקים את העבודה שנעשתה בזמן
ומוצאים שהתשובה היא בערך 0.00035 ג'אול לשניה,
או בערך 0.35 מיליוואט.
זו כמות מזערית של הספק.
השעון הזה משתמש בכל כך מעט הספק
שתוכלו להפעיל כמעט 300,000 שעונים
עם ההספק שדרוש להפעלת נורת 100 וואט אחת.
זה נכון, תוכלו להפעיל שעון בכל בית
בעיר בינונית עם כמות ההספק הזו.
זו מסקנה די מדהימה
וזה הצריך ידע על עבודה
והספק כדי להגיע לזה.
A fizikában a munka és a teljesítmény fogalmak
sok mindent segítenek megérteni és elmagyarázni a világunkról.
Kezdjük a munkával.
A pozitív munka az az energia, amit a rendszerbe fektetünk be,
a negatív munka pedig a rendszerből kinyert energia.
Gondolj úgy a pozitív munkára, mint a számládra érkező pénzre,
a negatív munkára pedig mint kivett pénzre.
Az SI-rendszerben
a munka és energia mennyiségét joule-ban mérjük.
Vegyünk példának egy gyönyörű, régi, mechanikus ingaórát.
Az órába energiát fektetünk, miközben felhúzzuk,
hogy felemeljük a fémcilindereket az óra belsejében.
Mikor ezt tesszük, pozitív munkát végzünk,
energiát adunk az órának,
és ez az energia gravitációs helyzeti energia formájában raktározódik el.
A befektetett munka mennyiségét kiszámolhatjuk
az erő és a távolság szorzataként.
A cilinderek felemeléséhez
a súlyukkal azonos nagyságú erővel kell hatnunk.
Ez egyenlő a gravitációs erővel,
amely lefelé húzza a cilindereket.
Ezek a cilinderek 300 Newtont nyomnak, ami elég nehéz,
körülbelül mint egy kisgyerek,
és ha felemeljük fél méter magasra,
akkor 300 Newton
szorozva fél méter,
vagyis 150 Joule munkát végzünk.
A teljesítmény a munkavégzés mértéke.
Mikor azt mondjuk, mérték,
az időegység alatt befektetett energiát értjük.
Az SI-rendszerben a teljesítmény egysége
Joule per másodperc,
más néven Watt.
A Watt elnevezés James Wattra vezethető vissza,
aki a lóerő fogalmát arra a teljesítményre vezette be,
amit egy átlagos igásló produkál.
James Watt gőzgépgyáros volt,
és azt akarta, hogy az ügyfelei össze tudják hasonlítani gőzgépeit
és egy ismert mennyiséget,
azt a teljesítményt, amit egy igásló képes nyújtani.
Ez olyan hasznos ötlet volt,
hogy az SI-rendszerben a teljesítmény egysége, a Watt,
James Watt után kapta a nevét.
James Watt nyomdokait követve
hasonlítsuk össze a teljesítményt,
ami szükséges az ingaóra működésbe hozásához azzal,
amire egy fényes, 100 Wattos villanykörtének van szüksége.
Megmérhetjük az óra felhúzásához szükséges teljesítményt
a közben végzett munka és az idő hányadosaként.
Hogyha egy percig, azaz 60 másodpercig tart,
hogy felemeljük a súlyokat,
akkor a 150 Joule munka, amelyet el kell végezni,
osztva a 60 másodperccel,
az 2,5 Joule másodpercenként.
Így 2,5 Watt energiát fektetünk az órába.
Körülbelül negyvenszer többre lenne szükség
egy 100 Wattos izzó működéséhez.
Mielőtt elindítanánk az órát,
az energia helyzeti energiaként van elraktározva a cilinderekben.
Mint a számládon, ahol pénzt tartasz.
De ha elindítjuk az órát,
a cilinderek lassan lefelé mozognak.
Az energia csökken.
Igazából, mire a cilinderek leérnek az aljára,
az összes energia, amit befektettünk, átalakult.
Szóval mekkora az óra teljesítménye?
Vagyis mennyi Joule hagyja el az órát másodpercenként,
ha öt napig tart a cilindereknek visszatérni az eredeti helyzetükbe?
Erre rá tudunk jönni,
mivel már tudjuk, mennyi munkát végeztünk,
mikor felemeltük a cilindereket:
150 Joule-t.
De ezúttal egy perc helyett öt napig tartott.
Öt nap az ötször 24,
szorozva 60-nal,
szorozva 60-nal még egyszer,
vagyis 432 000 másodperc.
Tehát elosztjuk a munkát az idővel,
és megkapjuk a választ: 0,00035 Joule másodpercenként,
vagyis 0,35 milliwatt.
Ez nagyon kicsi teljesítmény.
Az órának olyan kicsi a teljesítménye,
hogy szinte 300 000 órát működtethetnénk ugyanannyi teljesítménnyel,
mint egy 100 Wattos izzó esetében.
Így igaz, működhetne egy óra minden házban
egy közepes méretű városban ilyen teljesítménnyel.
Ez egészen elképesztő eredmény,
ami nem jöhetett volna létre a munka és teljesítmény ismerete nélkül.
Nella fisica
I concetti di lavoro e potenza ci aiutano a comprendere
e spiegare un sacco di cose nel nostro universo.
Iniziamo con il lavoro.
Il lavoro positivo è l'energia che introduciamo in un sistema,
ed il lavoro negativo è l'energia che viene trasferita all'esterno.
Immaginte il lavoro positivo come ad una somma di denaro che viene aggiunta al vostro conto in banca
e al lavoro negativo come al denaro prelevato.
Nel sistema metrico
lavoro ed energia sono misurati in joule.
Come esempio prendiamo un bell'orologio antico a pendolo.
Trasferiamo l'energia all'orologio
quando giriamo la manovella
per sollevare i due pesanti cilindri al suo interno.
Facendo questo, stiamo esercitando una forza positiva,
aggiungendo energia all'orologio,
e quell'energia viene immagazzinata come potenziale energia gravitazionale.
Possiamo calcolare l'ammontare di lavoro esercitato moltiplicando la forza che applichiamo
per la distanza su cui applichiamo la forza.
Per sollevare i cilindri metallici
dobbiamo applicare una forza equivalente al loro peso.
Il che vuol dire: uguale alla forza di gravità
che attrae verso terra i cilindri.
Questi cilindri pesano 300 newton,
sono piuttosto pesanti,
circa quanto un piccolo bambino,
e se li solleviamo di mezzo metro,
allora applichiamo 300 newton
moltiplicato per 0,5 metri
o 150 joule di lavoro.
La potenza è la velocità con la quale l'energia viene trasferita.
Quando diciamo velocità,
intendiamo la quantità di energia trasferita
per unità di tempo.
Nel sistema metrico, la potenza viene misurata in
joule per secondo,
o watt.
Il termine watt risale a James Watt,
il quale inventò il termine di cavallo vapore
per misurare la quantità di potenza
prodotta da un tipico cavallo da traino.
James Watt era un produttore di macchine a vapore industriali
e voleva che i suoi potenziali clienti
riuscissero a fare paragoni
tra le sue macchine a vapore e una quantità a loro conosciuta,
la potenza che potevano ottenere da un cavallo al lavoro.
Fu un'idea così utile
che l'unità del sistema metrico per la potenza, il watt,
prese il nome proprio da James Watt.
Seguendo i passi di James Watt
paragoniamo l'ammontare di potenza che ci vuole
per far funzionare questo orologio a pendolo
alla potenza di cui avremmo bisogno per illuminare
una lampadina da 100 watt.
Possiamo misurare la potenza che una persona usa
per caricare l'orologio
dividendo la quantità di lavoro svolto
per il tempo necessario ad eseguirlo.
Se ci vuole 1 minuto, o 60 secondi,
per sollevare i pesi,
allora sta esercitando 150 joule
diviso per 60 secondi,
o 2,5 joule per secondo di lavoro.
Sta aggiungendo energia all'orologio
nella misura di 2,5 watt.
È necessaria 40 volte quell'energia
per illuminare una lampadina da 100 watt.
Prima di far funzionare l'orologio
l'energia viene immagazzinata
come potenziale energia gravitazionale dei cilindri.
È come il vostro conto in banca
quando avete appena depositato del denaro.
Ma se lasciamo funzionare l'orologio,
i cilindri lentamente si muoveranno verso il basso.
L'energia sta abbandonando l'orologio.
Infatti, quando i cilindri raggiungono il fondo,
tutta l'energia che avevamo inserito avrà abbandonato l'orologio.
Quindi, quanta potenza usa l'orologio?
In altre parole, quanti joule di energia per secondo abbandonano l'orologio
se i cilindri impiegano 5 giorni per ritornare alla loro posizione iniziale?
Possiamo calcolarlo
perché sappiamo già quanto lavoro abbiamo esercitato
quando abbiamo sollevato i cilindri:
150 joule.
Ma questa volta, ci sono voluti 5 giorni invece di un minuto.
Cinque giorni è 5 x 24
x 60
di nuovo x 60
o 432 000 secondi.
Quindi dividiamo il lavoro esercitato per il tempo
e otteniamo come risultato circa 0,00035 joule per secondo
o circa 0,35 milliwatt.
È una minuscola quantità di potenza.
Questo orologio usa così poca potenza
che riuscireste a farne funzionare 300 000
sfruttando la stessa potenza che ci vuole per illuminare una sola lampadina da 100 watt.
È vero! Potresti far funzionare un orologio in ogni casa
in una città di medie dimensioni con quella potenza.
È una conclusione piuttosto sbalorditiva
e ci è voluta la conoscenza del lavoro
e della potenza per capirlo.
物理学では
宇宙の様々なことは 仕事と仕事率(パワー)という概念で説明がつき
我々の理解の助けになります
仕事についての話から始めましょう
正の仕事とはある系に与えられるエネルギーであり
負の仕事とは搬出されるエネルギーのことです
正の仕事ではお金が銀行口座に預け入れられ
負の仕事では引き出されるとお考えください
メートル法では
仕事やエネルギーはジュールという単位で表されます
例として 美しい機械式古時計を取り上げましょう
ハンドルを使って
金属製のシリンダーを巻き上げると
エネルギーが時計に与えられます
こうすることで 我々は正の仕事をして
エネルギーを時計に与えます
与えられたエネルギーは 重力位置エネルギーとして蓄えられます
なされた仕事量は
力と移動距離を掛け合わせることで求められます
金属製シリンダーを持ち上げるには
その重量に等しいだけの力をかける必要があります
つまりシリンダーを下向きに引っ張っている
重力に等しい力です
シリンダーの重量は300ニュートンで
幼児と同じくらい重いです
0.5 m持ち上げると
300ニュートン × 0.5 m
つまり150ジュールの仕事をしたことになります
仕事率とはエネルギーが転送されるレートです
レートと言うときには
単位時間当りに転送される
エネルギー量を意味します
メートル法では 仕事率は
ジュール毎秒
もしくはワットの単位で測定されます
ワットという用語の起源は
仕事率を測定するために 馬力という概念を
使い始めた―
ジェームズ・ワットの時代に遡ります
ジェームズ・ワットは産業用蒸気機関の開発者であり
将来の顧客が 蒸気機関の仕事率（パワー）を
当時一般的だった馬車馬のパワーと
比較できるようにすることを考えました
そのアイデアはとても有用だったので
メートル法における仕事率の単位は
ジェームズ・ワットにちなんで名付けられたのです
ジェームズ・ワットにならって
この振り子時計を動かすのに必要な仕事率を
明るい100ワットの電球を
動かすのに必要な仕事率と比べてみましょう
時計の重りを巻き上げるときの仕事率は
与えた仕事を
かかった時間で割って求められます
重りを持ち上げるのに
１分 つまり60秒かかったなら
150ジュール 割ることの 60秒
つまり１秒あたりの仕事は 2.5ジュールになります
時計に与えられる毎秒のエネルギーは
2.5ワットです
100ワットの電球を灯すためには
その40倍が必要となります
時計を動かし始める前は
エネルギーはシリンダーの
重力位置エネルギーとして蓄えられます
貯金した銀行口座のようなものです
しかし時計を動かし始めると
シリンダーは徐々に下方に動き
エネルギーは時計から去って行きます
実際 シリンダーが一番下まで来たときには
与えたエネルギーは全て無くなってしまいます
ではこの時計はどれだけのパワーで動くのでしょう？
つまり シリンダーが元の位置に戻るまでに ５日かかったとしたら
１秒あたり何ジュールのエネルギーが 時計から無くなっているのでしょう？
これは計算可能です
シリンダーを持ち上げたときにした仕事量は
150ジュールだと既に分かっているからです
しかし今回は １分ではなく５日かかりました
５日は 秒に換算すると
5 × 24 × 60 × 60
つまり 432,000秒です
仕事をこの時間で割ることで
毎秒0.00035ジュール つまり—
0.35ミリワットという答えが導かれます
とても小さな仕事率です
この時計の使うパワーは小さいので
１つの100ワット電球を灯す分のパワーで
ほぼ30万個の時計を動かすことができます
そうです その程度のパワーで
中規模都市の全家庭で時計を動かせるのです
実に驚くべき結論ですが
これを理解するには
仕事と仕事率（パワー）に関する知識が必要でした
물리학에서,
일과 힘의 개념은 우리가 이해하게끔 도와주고
우리 우주에서의 많은 것들을 설명합니다.
"일"로 시작해 봅시다.
양적 일은 우리가 시스템에 가하는 에너지이고
음적 일은 우리가 빼내는 에너지입니다.
양적 일을 은행계좌에 넣어지는 돈으로,
음적 일은 빼내지는 돈이라고 생각해 보세요.
미터법에서,
일과 에너지는 '주울'로 측정이 됩니다.
예로, 아름답고 오래된 할아버지의 시계를 생각해 봅시다.
우리는 에너지를 시계 안으로 옮깁니다.
우리가 시계를 작동시킬때
시계안에 무거운 금속 실린더를 올리기 위해서 말입니다.
우리가 그렇게 할때, 우린 양적 일을 합니다.
시계안에 에너지를 넣고,
그 에너지는 중력 위치 에너지로 축적됩니다.
우리는 우리가 한 일의 양을 곱해서 계산 할 수 있습니다.
우리가 가한 힘과 힘을 가할 때 들려진 높이를 말이죠
금속 실린더를 올리기 위해서
우린 그들의 무게와 똑같은 힘을 가해야 합니다.
그것은 실린더를
아래로 끌어내리는 중력과 같습니다.
이 실린더는 무거운 300뉴턴입니다.
아주 무거운,
조그만 아이만큼 정도 되죠.
우리가 그것을 0.5m 들었을때
우리는 300뉴턴을
0.5m 로 곱한 정도,
즉, 150 '주울'의 일을 하죠.
힘은 에너지가 옮겨진 비율입니다.
우리가 비율을 말할때,
우린 시간 단위 분(分)의
옮겨진 에너지의 양을 의미합니다.
미터법에서 힘은
초 당 '주울'이나
'와트'로 측정됩니다.
와트라는 용어는 '제임스 와트'로 돌아갑니다.
그는 힘의 양을 측정하기 위해
마력 (馬力)의 개념을 찾아낸 사람이죠.
말이 하는 일반적인 일을 통해 말이죠.
제임스 와트는 산업 증기기관의 생산자이고
그는 잠재 고객들이
그의 증기기관과 비슷한 양이
우리가 일하는 말에서 얻을 수 있는 힘의 양을
비교할 수 있기를 바랬죠.
힘의 미터법 단위인, '와트'가
제임스 와트의 이름을 따온 것은
아주 유용한 아이디어입니다.
제임스 와트의 발자취를 따라서,
할아버지의 시계를 작동시키기 위해
작용한 힘의 양을
100와트의 밝은 전구를
작동시키는데 필요한 힘과 비교해봅시다.
우리는 사람이
시계태엽을 감기 위해 가하는 힘의 양을 구할 수 있습니다.
한 일의 양을
그것을 하는 데 걸린 시간으로 나누어서 말이죠.
그것을 드는데 1분, 즉 60초가 걸렸다면
그들이 한
150주울의 일을
60초로 나누면
초당 일의 양이 2.5주울이 됩니다.
그들이 2.5와트의 에너지를
시계안으로 넣은 것 입니다.
여러분은 40배의 와트가 더 필요합니다,
100와트의 밝은 전구를 밝히려면요.
우리가 시계를 작동시키기 전에,
에너지는 실린더의
중력위치에너지로 축적됩니다.
이것은 당신이 은행계좌에
돈을 예금할 때와 같은 것 입니다.
하지만 시계가 돌아가게 할 때,
실린더는 천천히 아래로 내려갑니다.
에너지는 시계에서 빠져나옵니다.
사실, 실린더가 맨 아래로 갈때,
우리가 가한 모든 에너지는 빠져나갈 것 입니다.
그럼 시계가 사용하는 힘은 얼만큼 일까요?
즉, 초 당 얼마큼의 에너지 주울의 양이 시계를 떠날까요?
만약 실린더가 원초적 상태로 돌아오기까지 5일이 걸린다면 말이죠.
우린 알아낼수 있습니다.
왜냐하면 우리가 실린더를 들었을때
얼마나 일을 했는지 알고 있기 때문입니다:
150주울입니다.
하지만 이번에는, 1분 대신 5일이 걸렸죠.
5일은 5 곱하기 24시간,
곱하기 60,
또 60을 곱합니다.
즉 432,000초이죠.
그래서 우리가 한 일을 시간으로 나누고
우린 초당 약 0.00035주울의,
또는 약 0.35 밀리와트의 일을 했다는 답을 찾을 수 있습니다.
그것은 아주 적은 양의 힘입니다.
이 시계는 아주 적은 양의 힘을 사용합니다.
즉 여러분은 300,000개의 시계를
100와트 전구 하나를 켜기 위해 사용하는 힘의 양과 같은 양의 힘을 이용해 돌아가게 할 수 있습니다.
맞습니다, 여러분은 그 정도의 힘으로
중간 사이즈 도시의 모든 집의 시계를 돌릴 수 있습니다.
매우 놀라운 결론이죠,
그리고 그걸 알아내기 위해서
일과 힘의 지식이 쓰여졌습니다.
ရူပဗေဒမှာ
အလုပ်နှင့် စွမ်းအား အယူအဆဟာ ကျွန်ုပ်တို့ စကြ၀ဠာရှိ အရာများစွာကို
နားလည် သဘောပေါက်ဖို့ ကျွန်ုပ်တို့ကို ကူညီရှင်းပြပေးပါသည်။
အလုပ်အကြောင်းနဲ့ စလိုက်ကြစို့။
အပေါင်းဆောင် အလုပ်ဟာ စနစ်ထဲ တို့တွေ သွင်းပေးရတဲ့ စွမ်းအင်ဖြစ်ပြီး
အနုတ်ဆောင် အလုပ်က ပြန်ထုတ်ပေးတဲ့ စွမ်းအင်ပါ။
အပေါင်းဆောင် အလုပ်ကို သင့် ဘဏ်စာရင်းထဲ ပေါင်းထည့်တဲ့ ပိုက်ဆံလို ယူဆပြီး
အနုတ်ဆောင် အလုပ်ကို ပြန်ထုတ်တဲ့ ပိုက်ဆံလို ယူဆပါ။
မေထရစ် စနစ်မှာ
အလုပ်နှင့် စွမ်းအင်ကို Joule နဲ့ တိုင်းပါတယ်။
ဥပမာအနေဖြင့်.. တို့တွေ ဟောင်းနွမ်းလှပတဲ့ ရှေးဟောင်းစက်နာရီကို စဉ်းစားကြမယ်။
တို့တွေက နာရီထဲရှိ လေးလံတဲ့
သတ္ထုစာလင်ဒါ မဖို့
နာရီသော့တံကို လှည့်ပြီး နာရီကို စွမ်းအင် လွှဲပေးပါတယ်။
တို့တွေ ဒါကို လုပ်သည့်အခါ နာရီကိုစွမ်းအင် ပေါင်းပေးတဲ့
အပေါင်းဆောင် အလုပ် ပေါင်းထည့်ခြင်းဖြစ်ပြီး
ဒီ စွမ်းအင်ကို ဒြပ်ဆွဲခြင်းဆိုင်ရာ အတည်စွမ်းအင်အဖြစ် သိမ်းဆည်းပါတယ်။
အလုပ်ပြီးမြောက်တဲ့ ပမာဏကို တို့ သုံးတဲ့အားနဲ့၊ တို့ အားအသုံးပြုတဲ့
အကွာအဝေးကို မြောက်ပြီး တွက်ယူနိင်ပါတယ်။
သတ္ထုဆလင်ဒါကို တင်မရန်
သူ့ အလေးချိန်နဲ့ ညီတဲ့ အားသုံးဖို့ လိုအပ်ပါတယ်။
ဒါက၊ ဆလင်ဒါကို အောက်ဘက်သို့
ဆွဲချနေတဲ့ ဒြပ်ဆွဲအားနှင့် တူညီပါတယ်။
ဒီ ဆလင်ဒါတွေ အလေးချိန်က ၃၀၀ Newton ဖြစ်ပြီး
ဒါ ကလေးတစ်ဦးစာ လောက်
ကောင်းကောင်း လေးလံပြီး
တို့တွေ ဒါတွေကို မီတာ တစ်ဝက် ဆွဲတင်ရင်
၃၀၀ Newton အမြောက်
မီတာ တစ်ဝက်
သို့မဟုတ် အလုပ် ၁၅၀ Joules လုပ်ပါတယ်။
စွမ်းအားဟာ စွမ်းအင်ကို လွှဲပြောင်းတဲ့ နှုန်း ဖြစ်ပါတယ်။
နှုန်းကို ပြောတဲ့အခါ၊
အချိန်တစ်ယူနစ်အတွင်း လွှဲပြောင်းပေးတဲ့
စွမ်းအင်ပမာဏကို ဆိုလိုပါတယ်။
မေထရစ်စနစ်မှာဆို၊ စွမ်းအားကို
Joule per second နဲ့ သို့မဟုတ်
Watt နှင့် တိုင်းတာပါတယ်။
Watt စကားရပ်ဟာ သာမာန်မြင်းတစ်ကောင်မှ
ထုတ်ပေးတဲ့ စွမ်းအားပမာကို တိုင်းတာရန်
မြင်းကောင်ရေအား အယူအဆကို
ဖော်ထုတ်ပေးတဲ့ James Watt ထံ နောက်ကြောင်းပြန်ပါတယ်။
James Wattဟာ လုပ်ငန်းသုံး ရေနွေးငွေ့စက်တွေ ထုတ်လုပ်သူ ဖြစ်ပြီး
သူ့ ဝယ်လက်တွေကို
သူ့ရေနွေးငွေ့စက်တွေနဲ့
မြင်းတစ်ကောင် အလုပ် လုပ်ရာမှာ ရနိုင်တဲ့ စွမ်းအားလို
အသိများတဲ့ ပမာဏကြား နှိုင်းယှဉ်ချက်တွေ လုပ်ပေးလိုခဲ့ပါတယ်။
James Watt အမည်ကို မှည့်ခေါ်ခဲ့တဲ့
စွမ်းအားအတွက် မေထရစ်စနစ် ယူနစ် Watt ဟာ
သိပ်အသုံးဝင်တဲ့ စိတ်ကူးပါ။
James Watt လုပ်သလို လိုက်လုပ်ကြည့်ရင်း
ရှေးဟောင်းနာရီတွေကို မောင်းနှင်ဖို့
လိုအပ်တဲ့ စွမ်းအားပမာဏနှင့်
၁၀၀ ဝပ် မီးသီး မီးထွန်းဖို့ လိုအပ်တဲ့
စွမ်းအားပမာဏကို နှိုင်းယှဉ် ကြည့်စို့။
နာရီသံပတ်ပေးဖို့ လူတစ်ဦးသုံးတဲ့
စွမ်းအားကို သူလုပ်ခဲ့တဲ့
သူလုပ်ခဲ့တဲ့အလုပ်ပမာဏကို တည်၊ ဒါလုပ်ဖို့
ကြာချိန်နဲ့စားကာ တိုင်းနိုင်တယ်။
အလေးတွေမဖို့၊ အချိန် ၁မိနစ်
သို့မဟုတ် စက္ကန့်၆၀ ကြာလျင်
သူတို့ လုပ်နေတာ ၁၅၀ joule
အစား၊ ၆၀ စက္ကန့် သို့မဟုတ်
၁ စက္ကန့်အတွင်း အလုပ် ၂.၅ joule ပါ။
၎င်းတို့ဟာ နာရီကို ပေါင်းထည့်ပေးနေတဲ့
စွမ်းအင်ဟာ ၂.၅ ဝပ် နှုန်းဖြစ်ပါတယ်။
သင်ဟာ ၁၀၀ ဝပ် မီးလုံး မီထွန်းဖို့ဆို
အဆ ၄၀ခန့့့်လောက်များများ ထပ်လိုပါလိမ့်မယ်။
တို့တွေ နာရီကို အလုပ် မစတင်ခင်
စွမ်းအင်ကို ဆလင်ဒါတွေရဲ့
ဒြပ်ဆွဲခြင်းဆိုင်ရာ အတည်စွမ်းအင် အဖြစ် သိမ်းပါတယ်။
ဒါက ငွေသွင်းလိုက်တဲ့
သင့် ဘဏ်စာရင်း လိုမျိုးပါ။
သို့သော် တို့တွေ နာရီကို အလုပ်စလျှင်
ဆလင်ဒါတွေ ဖြည်းဖြည်းခြင်း အောက်ဘက်ကျမယ်။
စွမ်းအင်ဟာ နာရီက ထွက်နေတယ်။
တကယ်တော့၊ ဆလင်ဒါတွေ အောက်ခြေ ရောက်တဲ့အခါ
တို့ ပေးထားတဲ့ စွမ်းအင်အားလုံး ကုန်ပါလိမ့်မယ်။
ဒါဆို နာရီက စွမ်းအား ဘယ်လောက်သုံးလဲ။
ဆိုလိုတာ ဆလင်ဒါတွေ သူတို့ရဲ့မူလနေရာ ပြန်ရောက်ဖို့ အချိန် ၅ ရက်ယူမယ်ဆိုရင်
နာရီက ၁ စက္ကန့်အတွင်း စွမ်းအင် ဘယ်လောက်များ နာရီက ထွက်လဲ။
ဒါကို တွက်ထုတ်နိုင်တယ်
အကြောင်းက၊ တို့တွေ ဆလင်ဒါတွေကို တင်ချိန် အလုပ်
ဘယ်လောက်လုပ်ခဲ့လဲ သိပြီးသားပဲ
၁၅၀ Joule လေ
ဒီတစ်ခါတော့၊ ၁မိနစ် အစား ၅ရက် ဖြစ်သွားတယ်။
ငါးရက်က ၅ အမြောက် ၂၄
အမြောက် ၆၀
နောက်ထပ် အမြောက် ၆၀
သို့မဟုတ် ၄၃၂,၀၀ စက္ကန့်။
ဒါဆို ပြီးမြောက်တဲ့အလုပ်ကို အချိန်နဲ့စား
အဖြေက တစ်စက္ကန့်မှာ ၀.၀၀၀၃၅ Joule လောက်
သို့မဟုတ် ၀.၃၅ မီလီဝပ် ခန့် ပါ။
ဒါက သိပ်သေးတဲ့ စွမ်းအား ပမာဏတစ်ခုပါ။
ဒီနာရီက စွမ်းအားသုံးတာ အလွန်နည်းလို့
၁၀၀ဝပ် မီးသီးတစ်လုံး မီးထွန်းဖို့လို့တဲ့
စွမ်းအားတူ သုံးရင်၊ နာရီအလုံး ၃ သိန်း နီးပါးကို အလုပ်ခိုင်းနိုင်တယ်။
ဒါအမှန်ပါ.. ဒီစွမ်းအားလောက်နဲ့ အလယ်အလတ်မြို့မှာ
အိမ်ပေါက်စေ့ နာရီတစ်လုံးစီ သင် လည်ပတ်နိုင်ပါတယ်။
ဒါ သိပ်အံဩစရာ ကောက်ချက်ဖြစ်ပြီး၊
ဒါကိုတွက်ချက်ဖို့
အလုပ်နှင့်စွမ်းအားရဲ့ အသိပညာ လိုအပ်ပါတယ်။
Na Física,
os conceitos de trabalho e de potência ajudam-nos a compreender
e a explicar muitas coisas no nosso universo.
Comecemos pelo trabalho.
O trabalho positivo é a energia que colocamos num sistema
e o trabalho negativo é a energia é transferida a partir desse sistema.
Pensem no trabalho positivo como dinheiro que entra na vossa conta bancária
e em trabalho negativo, como o dinheiro que de lá sai.
No sistema métrico,
o trabalho e a energia medem-se em Joules.
Como exemplo, peguemos no belo relógio mecânico de caixa alta.
Transferimos energia para o relógio quando damos à manivela
para elevar os pesados cilindros de metal no interior do relógio.
Quando fazemos isso, estamos a fazer trabalho positivo,
fornecendo energia ao relógio
e essa energia fica armazenada como energia potencial gravitacional.
Calculamos a quantidade de trabalho feito multiplicando a força que aplicamos
pela distância a que aplicamos essa força.
Para elevar os cilindros de metal,
precisamos de aplicar uma força igual ao seu peso.
Ou seja, igual à força da gravidade,
que puxa os cilindros para baixo.
Estes cilindros pesam 300 newtons,
o que é bastante peso,
quase tanto como o peso duma criança.
Se os elevarmos meio metro,
temos 300 newtons vezes meio metro
ou seja, 150 Joules de trabalho.
A potência é a taxa a que se transfere a energia.
Quando dizemos taxa,
queremos dizer a quantidade de energia transferida
por unidade de tempo.
No sistema métrico, a potência mede-se
em Joules por segundo, ou watts.
O termo "watt" provém de James Watt,
que propôs o conceito de cavalo-vapor
para medir a quantidade da potência
produzida pelo habitual trabalho de um cavalo.
James Watt era produtor de máquinas a vapor industriais
e queria que os seus clientes potenciais pudessem fazer comparações
entre as suas máquinas a vapor e uma quantidade familiar,
a potência que podiam obter de um cavalo de trabalho.
Era uma ideia tão útil
que a unidade do sistema métrico para a potência, o watt,
ficou com o nome de James Watt.
Seguindo as pisadas de James Watt,
comparemos a quantidade de potência necessária
para pôr a funcionar o relógio de caixa alta
com a potência necessária
para acender uma lâmpada elétrica de 100 watts.
Medimos a potência usada para dar corda ao relógio
dividindo a quantidade de trabalho que fizeram
pelo tempo levado para o fazer.
Se demorarem um minuto, ou seja, 60 segundos,
para elevar os pesos,
estão a fazer 150 Joules
divididos por 60 segundos,
ou seja, um trabalho de 2,5 Joules por segundo.
Estão a adicionar energia ao relógio
à taxa de 2,5 watts.
Precisam de cerca de 40 vezes mais
para acender uma lâmpada elétrica de 100 watts.
Antes de pormos o relógio a funcionar,
a energia fica armazenada
como energia potencial gravitacional dos cilindros.
É como uma conta bancária
quando acabamos de depositar dinheiro.
Mas, se pusermos o relógio a funcionar,
os cilindros vão descendo lentamente.
A energia está a abandonar o relógio.
Quando os cilindros chegam ao fundo,
toda a energia que lhe pusemos terá desaparecido.
Então, quanta potência usa o relógio?
Ou seja, quantos Joules de energia por segundo saem do relógio
se os cilindros levarem cinco dias a regressar à sua posição original?
Podemos calcular isso
porque já sabemos quanto trabalho fizemos
quando elevámos os cilindros:
150 Joules.
Mas, desta vez, demorou cinco dias em vez de um minuto.
Cinco dias é 5 vezes 24
vezes 60
vezes 60, novamente,
ou seja, 432 000 segundos.
Dividimos o trabalho feito pelo tempo
e encontramos a resposta de cerca de 0,00035 Joules por segundo,
ou seja, cerca de 0,35 mili-watts.
É uma quantidade minúscula de potência.
Este relógio usa tão pouca potência
que podemos pôr a funcionar quase 300 000 relógios
usando a mesma potência necessária para acender uma lâmpada de 100 watts.
Podemos pôr um relógio a funcionar em cada casa
numa cidade de tamanho médio com essa mesma potência.
É uma conclusão espantosa
e foram precisos os conhecimentos sobre trabalho e potência,
para saber isto.
Na Física,
os conceitos de trabalho e potência nos ajudam a entender
e explicar muitas coisas no nosso universo.
Vamos começar com trabalho.
Trabalho positivo é a energia que colocamos num sistema,
e trabalho negativo é a energia que é liberada.
Pense no trabalho positivo como o dinheiro que é depositado em sua conta bancária,
e no trabalho negativo como o dinheiro que é sacado.
No sistema métrico,
trabalho e energia são medidos em Joules.
Como exemplo, vamos pegar um bonito relógio antigo mecânico.
Transferimos energia para o relógio
quando damos corda nele
para levantar os pesados cilindros metálicos dentro do relógio.
Quando fazemos isso, estamos fazendo trabalho positivo,
adicionando energia ao relógio,
e essa energia é estocada como energia gravitacional potencial.
Podemos calcular a quantidade de trabalho feito multiplicando a força que aplicamos
vezes a distância na qual aplicamos a força.
Para levantar os cilindros metálicos,
precisamos aplicar uma força igual ao peso deles.
Isto é, igual à força da gravidade
puxando para baixo os cilindros.
Esses cilindros pesam 300 Newtons,
que é muito peso,
quase o equivalente ao peso de uma criança pequena,
e se os levantarmos meio metro,
então multiplicamos 300 Newtons
vezes meio metro
ou 150 Joules de trabalho.
Potência é a taxa na qual a energia é liberada.
Quando dizemos taxa,
queremos dizer a quantidade de energia liberada
por unidade de tempo.
No sistema métrico, a potência é medida em
Joules por segundo,
ou Watts.
O termo Watt remonta a James Watt,
que surgiu com o conceito de hp (cavalo-força)
para medir a quantidade de potência
produzida por um típico trabalho de cavalo.
James Watt era um produtor de motores a vapor industriais,
e queria que seus potenciais clientes
fossem capazes de comparar
seus motores a vapor e uma medida familiar,
a potência que eles poderiam obter de um cavalo trabalhando.
Foi uma ideia tão útil
que o sistema métrico para potência, o Watt,
recebeu esse nome por causa de James Watt.
Seguindo os passos de James Watt,
vamos comparar a quantidade de energia necessária
para fazer funcionar este relógio de parede
com a potência que seria necessária para fazer funcionar
um lâmpada de 100 Watts.
Podemos medir a potência que uma pessoa usa
para dar corda no relógio
dividindo a quantidade de trabalho que eles fizeram
pelo tempo que levaram para fazer isso.
Se levar 1 minuto, ou seja, 60 segundos,
para levantar os pesos,
então eles estão fazendo 150 Joules
divididos por 60 segundos,
ou seja, 2,5 Joules por segundo de trabalho.
Eles estão adicionando energia ao relógio
na taxa de 2.5 Watts.
Precisaríamos de aproximadamente 40 vezes mais
para fazer funcionar uma lâmpada brilhante de 100 Watts.
Antes de deixarmos o relógio funcionar,
a energia é armazenada
como energia gravitacional potencial dos cilindros.
É como se fosse sua conta de banco
quando você acaba de depositar dinheiro.
Mas se deixarmos o relógio funcionar,
os cilindros vão se mover lentamente para baixo.
Energia está deixando o relógio.
Na realidade, quando os cilindros chegam ao fundo,
toda a energia que colocamos dentro terá saído.
Então, quanta potência o relógio usa?
Isto é, quantos Joules de energia por segundo deixam o relógio
se são necessários 5 dias para os cilindros retornarem a sua posição original?
Podemos descobrir isso
porque já sabemos quanto trabalho fizemos
quando levantamos os cilindros:
150 Joules.
Mas, dessa vez, isso levou 5 dias em vez de um minuto.
Cinco dias é 5 vezes 24
vezes 60
vezes 60 de novo
ou seja, 432.000 segundos.
Então a gente divide o trabalho feito pelo tempo
e encontra a resposta de aproximadamente 0,00035 Joules por segundo,
ou cerca de 0,35 miliwatts.
Essa é uma quantidade muito pequena de potência
Este relógio usa tão pouca potência
que poderíamos fazer funcionar quase 300.000 relógios
usando a mesma potência necessária para fazer funcionar uma lâmpada de 100 Watts.
Isso mesmo, poderíamos fazer funcionar um relógio em todas as casas
de uma cidade de tamanho médio com toda essa potência.
Essa é uma conclusão impressionante
e demandou conhecimento sobre trabalho
e potência para descobrir.
В физике
понятия работа и энергия помогают нам постичь
и объяснить многое о нашей Вселенной.
Начнём с работы.
Положительная работа — это полученная системой энергия,
а отрицательная работа — это энергия отданная.
Представьте себе положительную энергию как деньги, положенные на счёт в банке,
а отрицательную — как деньги, снятые со счёта.
В метрической системе
работу и энергию измеряют в джоулях.
В качестве примера возьмём изящные старинные механические дедушкины часы.
Мы придаём часам энергию,
когда заводим завод,
поднимая тяжёлые гири внутри часов.
Мы совершаем положительную работу,
придавая энергию часам.
Эта энергия хранится в виде потенциальной энергии силы тяжести.
Мы можем измерить работу путём умножения применяемой силы
на расстояние, на котором мы эту силу применяем.
Чтобы поднять металлические гири,
нам необходимо применить силу, равную их весу,
то есть равную силе притяжения,
тянущей эти гири вниз.
Эти гири весят 300 Ньютонов,
что достаточно много,
практически, как маленький ребёнок,
а когда мы поднимаем их на полметра,
мы применяем 300 Ньютонов
на половину метра
или 150 Джоулей работы.
Сила — это уровень передачи энергии.
Когда мы говорим «уровень»,
мы подразумеваем количество переданной энергии
за единицу времени.
В метрической системе энергия измеряется
в Джоулях в секунду
или Ваттах.
Единица Ватт названа в честь Джеймса Уатта,
того, кто ввёл понятие «лошадиной силы»
для измерения количества энергии,
производимого обычной рабочей лошадью.
Джеймс Уатт разрабатывал паровую машину
и хотел, чтобы потенциальные клиенты
могли сравнить
действие парового двигателя с привычным им
количеством энергии, производимым рабочей лошадью.
Идея оказалась настолько полезной,
что в метрической системе единицу измерения энергии назвали Ваттом
в честь Джеймса Уатта.
Давайте уподобимся Джеймсу Уатту
и сравним количество энергии,
требуемое для завода дедушкиных часов,
с энергией, которая бы нам потребовалась
для обеспечения яркого свечения лампочки мощностью в 100 Ватт.
Мы можем измерить силу, применяемую человеком,
заводящим часы,
разделив проделанную работу
на затраченное время.
Если потребуется 1 минута или 60 секунд
на поднятие гирь,
то мы получим 150 Джоулей,
поделённых на 60 секунд,
или 2,5 Джоуля в секунду работы.
Мы придадим энергию часам
с мощностью в 2,5 Ватта.
Вам потребуется примерно в 40 раз больше на то,
чтобы ярко горела лампочка 100 Ватт.
Прежде чем часы пойдут,
мы накопим энергию
в виде потенциала силы тяжести цилиндров.
Это как банковский счёт,
когда на него положили деньги.
Когда часы пойдут,
цилиндры будут медленно опускаться.
Энергия уходит из часов.
На деле, когда цилиндры достигнут самой низкой точки,
вся энергия, которую мы придали часам, закончится.
Так сколько энергии требуется часам?
Или сколько Джоулей энергии в секунду покидают часы,
если для возвращения гирь в исходное положение требуется 5 дней?
Это можно рассчитать,
поскольку мы знаем, какую работу мы проделали,
подняв цилиндры —
150 Джоулей.
Но сейчас нам потребовалась не 1 минута, а пять дней.
Пять дней умножить на 24,
умножить на 60
и опять — на 60,
получим 432 000 секунд.
Поделим работу на время
и получим ответ в 0,00035 Джоуля в секунду
или 0,35 милливатта.
Это крошечная энергия.
Часам требуется настолько мало энергии,
что можно запустить 300 000 часов,
используя такое же количество энергии, которое потребуется лампочке в 100 Ватт.
Да, этой энергии хватит на то,
чтобы обставить часами каждый дом среднего по размерам городка.
Весьма любопытное заключение,
для которого нам потребовалось знание работы
и энергии, чтобы во всём разобраться.
Fizikte, iş ve güç kavramları evrenimizdeki birçok şeyi anlamamıza
ve açıklamamıza yardımcı olur.
İşle başlayalım.
Pozitif iş, bir sisteme koyduğumuz enerji
ve negatif iş, dışarı aktarılan enerji.
Pozitif işi banka hesabınıza eklenen para,
negatif işi ise alınan para olarak düşünün.
Metrik sistemde
iş ve enerji Jul cinsinden ölçülür.
Örnek olarak güzel, eski, mekanik bir büyükbaba saatini ele alalım.
Saatin içindeki ağır metal silindirleri kaldırmak için
krankı çevirdiğimizde enerjiyi saate aktarıyoruz.
Bunu yaptığımızda pozitif iş yapıyor,
saate enerji ekliyoruz
ve bu enerji yerçekimsel potansiyel enerji olarak depolanıyor.
Uyguladığımız kuvvet ile kuvveti uyguladığımız mesafeyi çarparak
yapılan iş miktarını hesaplayabiliriz.
Metal silindirleri kaldırmak için
ağırlıklarına eşit bir kuvvet uygulamamız gerekir.
Yani silindirleri aşağı doğru çeken
yer çekimi kuvvetine eşit.
Bu silindirler 300 Newton ağırlığında
ki bu da küçük bir çocuk kadar ağırdır
ve eğer onları 1/2 metre kaldırırsak
300 Newton çarpı 1/2 metre
veya 150 Jul iş yaparız.
Güç, transfer edilen enerjinin oranı.
Oran dediğimizde,
birim zamanda aktarılan
enerji miktarını kastediyoruz.
Metrik sistemde,
güç saniyede Jul
veya vat cinsinden ölçülür.
Vat terimi, tipik bir çalışma atının ürettiği
güç miktarını ölçmek için
beygir gücü kavramını ortaya atan
James Watt'a dayanır.
James Watt bir endüstriyel buhar motorları üreticisiydi
ve potansiyel müşterilerinin
buharlı motorlarını bilinen bir miktarla,
çalışan bir attan alabilecekleri güç arasında
karşılaştırma yapabilmelerini istiyordu.
Güç için metrik sistem birimi vatın
James Watt'tan alınması
çok faydalı bir fikirdi.
James Watt'ın ayak izlerini takip ederek,
bu büyükbaba saatini çalıştırmak için
gereken güç miktarını parlak,
100 vat'lık bir ampulü çalıştırmamız için
gereken güçle karşılaştıralım.
Bir kişinin saati kurmak için kullandığı gücü,
yaptığı işin miktarını,
onu yapmak için
geçen süreye bölerek ölçebiliriz.
Ağırlıkları kaldırmak 1 dakika veya 60 saniye sürerse,
150 Jul bölü 60 saniyeye
veya saniyede 2,5 Joule yapıyor demek.
2,5 vat oranında
saate enerji katıyorlar.
100 vat'lık parlak bir ampulü çalıştırmak için
40 kat daha fazlasına ihtiyacınız olacak.
Saat çalışmadan önce,
enerji silindirlerin
yerçekimi potansiyel enerjisi olarak depolanır.
Tıpkı yeni para yatırdığınız
banka hesabınız gibi.
Ancak saatin çalışmasına izin verirsek,
silindirler yavaşça aşağı doğru hareket eder.
Enerji saati terk eder.
Aslında, silindirler dibe indiğinde,
koyduğumuz tüm enerji kalmış olacak.
Peki saat ne kadar güç kullanıyor?
Silindirlerin orijinal konumlarına dönmesi 5 gün sürerse,
saniyede kaç Jul enerji saati terk eder?
Bunu çözebiliriz,
çünkü silindirleri kaldırdığımızda
ne kadar iş yaptığımızı zaten biliyoruz:
150 Jul.
Fakat bu sefer bir dakika yerine 5 gün sürdü.
Beş gün, 5 çarpı 24
çarpı 60
çarpı yeniden 60
ya da 432.000 saniye.
Böylece yapılan işi zamana bölerek
saniyede yaklaşık 0,00035 Jul
veya yaklaşık 0,35 milivat cevabını buluruz.
Bu küçük bir güç miktarı.
Bu saat o kadar az güç kullanır ki,
100 vat'lık bir ampulü çalıştırmak için
gereken gücü kullanarak neredeyse 300.000 saat çalıştırabilirsiniz.
Doğru, orta büyüklükteki bir şehirdeki her evde
bu kadar güçle bir saat çalıştırabilirsiniz.
Bu oldukça şaşırtıcı bir sonuç
ve bunu anlamak için
iş bilgisi ve güç gerekiyor.
Trong vật lý,
khái niệm công và công suất giúp chúng ta hiểu
và giải thích được nhiều vấn đề trong vũ trụ
Bắt đầu với công
Công dương là năng lượng chúng ta truyền vào một hệ thống,
còn công âm là năng lượng được lấy ra ngoài.,
Giống như công dương là khoản tiền đi vào tài khoản của bạn
còn công âm là khoản tiền bị lấy ra.
Trong hệ thống đo lường,
Công và năng lượng được đo bằng đơn vị Joules (Jun)
Lấy ví dụ về một chiếc đồng hồ cơ cũ và đẹp
Chúng ta truyền năng lượng vào đồng hồ
bằng cách vặn dây cót
để cho quả lắc chuyển động bên trong đồng hồ
Khi đó, ta đang dùng công dương,
truyền năng lượng vào đồng hồ,
và năng lượng này được lưu trữ dưới dạng thế năng,
Chúng ta có thể tính lượng công tiêu hao bằng cách nhân lực sử dụng
với độ dài lực truyền động.
Để quả lắc chuyển động,
ta cần phải dùng lực tương ứng với khối lượng của nó
Nghĩa là ngang với trọng lực
tác động xuống con lắc
Những con lắc này có trọng lượng 300 Newtons
nghĩa là khá nặng,
tương đương với một đứa trẻ.
và khi ta kéo với độ dài 1/2 meter,
Ta đã truyền 300 Newtons
tích với 1/2 met
tương đương 150 Joules.
Công suất là tỉ lệ năng lượng chuyển hóa
Khi ta nói tỉ lệ,
nghĩa là lượng năng lượng chuyển hóa
trên một đơn vị thời gian.
Trong hệ thống đo lường, công suất được đo bằng
Joules trên giây.
hay gọi là Watts.
Đơn vị Watts lấy từ James Watt.
người đã đưa ra ý tưởng lấy mã lực
để đo lượng công suất
được tạo ra bằng công cơ học.
James Watt là nhà sản xuất máy hơi nước công nghiệp
và ông ấy muốn các khách hàng tiềm năng
có thể đưa ra những so sánh
giữa máy hơi nước của ông với những thông số cũ,
công suất họ có thể nhận từ mã lực,
Đây là ý tưởng hữu dụng
áp dụng trong hệ thống đo lường đơn vị công suất, tên là Watt
được đặt tên theo James Watt.
Theo bước chân của James Watt,
chúng ta hãy so sánh công suất
cần dùng cho đồng hồ quả lắc
với lượng công suất dùng để thắp sáng
bóng đèn 100 Watt.
Chúng ta có thể tính công suất con người sử dụng
để làm kim đồng hồ quay
bằng cách chia lượng công tính được
cho thời gian thực hiện lượng công đó,
Nếu thời gian là 1 phút hay 60 giây,
để kéo vật nặng
Vậy công cơ học là 150 Joules,
chia cho 60 giây,
là 2.5 Joules trên giây
Họ đang tiếp thêm năng lượng vào đồng hồ
tương đương 2.5 Watts
Bạn cần ít nhất 40 lần
để bóng đèn 100 Watt hoạt động.
Trước khi đồng hồ chạy,
năng lượng được bảo toàn.
Tức là khi đó con lắc chịu tác động của thế năng hấp dẫn
Giống như tài khoản ngân hàng của bạn
khi bạn vừa gửi một khoản tiền.
Nhưng nếu chúng ta để đồng hồ chạy,
con lắc sẽ dao động chậm dần.
Năng lượng trong đồng hồ dần mất đi.
Trong thực tế, khi con lắc đi xuống,
toàn bộ năng lượng chúng ta truyền sẽ bị mất
Vậy chiếc đồng hồ có công suất là bao nhiêu?
Nghĩa là, đồng hồ sử dụng bao nhiêu Joules mỗi giây
nếu cần 5 ngày để quả lắc quay về vị trí ban đầu?
Chúng ta có thể tính
Vì chúng ta đã biết lượng công chúng ta tạo ra
Khi ta vặn dây cót:
150 Joules.
Nhưng lần này, cần 5 ngày
5 ngày là 5 nhân 24
nhân 60
nhân thêm 60 nữa
hoặc 432.000 giây.
Vì vậy, chúng ta chia lượng công với thời gian thực hiện
và có đáp án là 0.00035 Joules mỗi giây
hay 0.35 mW.
Đó là một lượng công suất nhỏ
Chiếc đồng hồ này có công suất rất thấp
mà bạn có thể cho 300.000 đồng hồ hoạt động
sử dụng cùng một lượng công suất bạn dùng cho bóng đèn 100 Watt.
Vâng, bạn có thể sử dụng đồng hồ trong mỗi nhà
trong một thành phố cấp trung với lượng công suất này.
Quả là một kết luận bất ngờ
với kiến thức công cơ học
và công suất để nhận ra.
在物理学领域
功和功率的概念帮助我们理解
并解释宇宙中发生的很多事情
先从功开始说起
正功指的是我们注入系统的能量
负功则是它转化出的能量
如果把正功比作是存入银行账户的钱的话
那么负功就是从那儿取出的钱
在度量单位里
功和能都是通过焦耳来衡量的
以一座精美的老式落地机械大摆钟为例
当我们拉动曲柄
来举起摆钟内部的重重的金属缸体时
我们就是在把能量传递给了大摆钟
这就叫做做正功
为大摆钟注入能量的同时
这份能量被储存为重力势能
当我们计算做了多少功时
可以将我们对物体施加的力乘以我们在施力方向上移动的距离
为了举起金属缸体
我们需要施加一个和缸体等重的力
即，和对汽缸向下作用的重力
相等
这些汽缸重达300牛顿
这相当重
相当于一个小孩的重量
如果我们再把他们往上举1/2米
那就算连续1/2米
施300牛顿的力
或是说做了150焦耳的功
功率是指能量转化的比率
我们所说的比率
是指每单位时间内
被转化的能量的数量
在度量单位里，功率是通过
每秒多少焦耳来衡量的
或是瓦特
瓦特这个术语，要追溯到詹姆士·瓦特
他提出了马力这个概念
来衡量一匹典型的役马
生产时的功率
詹姆士·瓦特制造了工业用的蒸汽机
为了使他的潜在客户
能在他所制造的蒸汽机
和一个熟悉量
从一匹役马中获得的工作效率作比较
用以詹姆士·瓦特来命名的瓦特
来作功率的单位
真是个绝妙的想法
让我们来效仿詹姆士·瓦特
来比较运行一座落地大摆钟所需消耗的功率
和一个100瓦特的电灯泡
所消耗的功率
我们可以通过
将一个人的工作量
除以他工作的时间
来衡量他给钟上弦的功率
如果他花了一分钟，或是说60秒
来举起这个重量的东西
那他们就做了150焦耳
除以60秒的功率
或是说每单位工作时间内2.5焦耳的功
他们以2.5瓦特的功率
给大摆钟增加能量
以同样的功率，你需要40分钟
来点亮一枚100瓦特的电灯泡
在我们使大摆钟运行之前
这份能量就已
重力势能的形式，被储存在汽缸里了
这种情形，就像
你刚把钱存入银行账户
但如果我们要让大摆钟运行起来
汽缸就要慢慢地向下移动
此时，能量会从大摆钟丧失
而事实上，当汽缸到达底部时
我们注入的所有能量就已经释放完毕了
那大摆钟究竟用了多少功率呢
也就是说，如果汽缸需要五天的时间回到原来的位置
那么，每秒有多少焦耳的能量离开了大摆钟？
我们能计算出来
因为我们已经知道
当我们举起汽缸时做了多少功：
150焦耳
但这次，它需要花五天的时间而不是一分钟
五天，就是5乘以24
乘以60
再乘以60
或是说432,000秒
因此，当我们讲所做的功除以做功的时间
就会得到每秒0.00035焦耳的结果
或是说0.35毫瓦
那是一个非常小的功率
这个大摆钟消耗的功率如此小
以至于点亮一枚100瓦特的电灯泡所需的同样功率
可以让300，000座大摆钟运转起来
的确如此，这个大小的功率
足以在一个中等大小的城市里的任意家庭里运行起一座大摆钟
这是个相当令人惊奇的结论
并且它通过运用功
和功率的知识来得出的
在物理學中
「功」 (work) 與「功率」 (power) 幫我們了解
並解釋宇宙的許多現象
我們先從功談起
正向的功是指投入系統的能量
負向的功是指系統放出的能量
正功相當於在銀行存錢
負功相當於把錢領出來
在公制系統
功和能量的單位是焦耳 (Joule)
以優美的機械式老爺鐘為例
我們把能量傳進時鐘裡
是靠旋轉曲柄
抬高裡面的金屬重錘
如此我們做了正功
把能量加到時鐘裡
能量以重力位能的形式儲存
要計算做的功，可將所施的力
乘以施力的距離
要把金屬重錘抬高
所施的力，等於其重量
也就是重力
往下拉金屬重錘的力
金屬重錘的重量為 300 牛頓
蠻重的
相當於一個小孩的重量
如果我們抬高 1/2 公尺
我們就做了 300 牛頓
乘以 1/2 公尺
等於 150 焦耳的功
功率 (power) 是指能量傳遞的速率
當我們說速率的時候
我們指的是
單位時間內，傳送的能量
功率的公制單位為
每秒的焦耳數
也就是「瓦特」 (Watt)
這個名詞來自詹姆斯瓦特 (James Watt)
他提出了「馬力」的想法
要度量功率
可採用一般工作馬匹為基準
瓦特是工業用蒸汽機的製造商
他希望潛在客戶
能夠比較
他的蒸汽機，及大家熟悉的度量…
也就是工作馬匹的力量
這是個有用的想法
所以公制的功率單位－瓦特
就是以他為名
追隨瓦特的腳步
我們來比較一下
讓老爺鐘運作
的功率以及
讓 100 瓦燈泡發亮的功率
要算出
幫老爺鐘上發條的功率
只要把所做的功
除以所花的時間
如果花了 1 分鐘，也就是 60 秒
抬起重錘
把 150 焦耳的功
除以 60 秒時間
就得到功率，每秒 2.5 焦耳
將能量加進時鐘的功率
是 2.5 瓦特
要 40 倍這樣的能量
才能讓 100 瓦的燈泡發亮
在我們讓時鐘運轉前
能量以
重力位能的形式儲存在圓柱中
相當於把錢
存入銀行
如果我們讓時鐘開始運轉
圓柱就會緩緩下降
能量開始從時鐘流失
當圓柱到達底部的時候
所有存進去的能量都用完了
時鐘所用的功率是多少？
就是每秒有多少焦耳流出時鐘？
假設 5 天後圓柱完全降下
我們可以算出功率
我們已知抬升圓柱時
所做的功
是 150 焦耳
時間是 5 天，而不是 1 分鐘
5 天相當於 5 乘以 24 小時
乘以 60 分鐘
再乘以 60 秒
也就是 432,000 秒
我們把所做的功除以時間
得到每秒 0.00035 焦耳
也就是 0.35 毫瓦
這是很小的功率
時鐘用的功率極小
表示 30 萬個時鐘運作的功率
等於一個 100 瓦燈泡的功率
沒錯，這足夠在一個中型城市裡
讓家家戶戶的時鐘運作了
這是很神奇的結論
只要你有功和功率的知識
就可以算得出來