Общая физика, глава 5: Энергия

5.1 Работа Чад проводит урок о работе. Он начинает с определения и формулы работы. Проще говоря, работа — это сила, умноженная на перемещение, по крайней мере, в одном измерении. В двух измерениях (или даже в трех) все немного сложнее, поскольку необходимо учитывать угол между силой и перемещением. Чад также объясняет, что работа положительна, когда сила и перемещение направлены в одном направлении, и отрицательна, когда они направлены в противоположных направлениях. Джоуль — это единица измерения работы и энергии в системе СИ. Остальная часть урока посвящена демонстрации решения числовых задач и текстовых задач, связанных с работой. 5.2 Механическая энергия Чад проводит урок о механической энергии, которая является суммой кинетической и потенциальной энергии. Он начинает с определения кинетической энергии как энергии движения и приводит формулу кинетической энергии (KE=1/2mv²). Затем он дает определения консервативных и неконсервативных сил и объясняет, что там, где есть консервативные силы, возможна и потенциальная энергия. Объект обладает потенциальной энергией просто потому, что он способен совершать работу, исходя из своего местоположения в системе. Далее он вводит понятие гравитационной потенциальной энергии, включая её формулу (PE=mgy или PE=mgh). Затем Чад представляет теорему о работе и энергии, которая гласит, что суммарная работа, совершаемая над объектом, равна изменению кинетической энергии объекта. Если суммарная работа не совершается, кинетическая энергия остаётся постоянной, а следовательно, и скорость объекта. Затем он показывает, как работа, совершаемая неконсервативными силами, такими как трение и сопротивление воздуха, равна изменению механической энергии объекта. Неконсервативные силы всегда противодействуют движению объекта и, следовательно, всегда совершают отрицательную работу, тем самым уменьшая механическую энергию объекта. Наконец, Чад представляет закон сохранения механической энергии, который будет верен, когда на объект действуют только консервативные силы. Чад завершает урок решением нескольких задач на механическую энергию, особенно примеров, демонстрирующих полезность теоремы о работе и энергии и закона сохранения механической энергии. 5.3 Пружины, закон Гука и потенциальная энергия упругости Чад проводит урок по пружинам и потенциальной энергии упругости. Он начинает с введения в восстанавливающую силу пружин и закон Гука (F = -kx), а также формулу для потенциальной энергии упругости (PE = 1/2kx²). Он показывает, как восстанавливающая сила пружины пропорциональна как смещению от положения равновесия, так и постоянной пружины k. Он объясняет, что восстанавливающая сила пружины является консервативной силой, поэтому возможна связанная с ней потенциальная энергия. Затем Чад показывает, как эта новая форма потенциальной энергии может быть включена в закон сохранения механической энергии, когда отсутствуют неконсервативные силы. Затем Чад переходит к практическим задачам по пружинам. Первая задача — это простой расчет, включающий закон Гука. Вторая задача — задача на сохранение механической энергии, где необходимо рассчитать скорость массы на пружине при прохождении ею положения равновесия. Последняя задача также является задачей на сохранение механической энергии, где необходимо учитывать как гравитационную потенциальную энергию, так и потенциальную энергию упругости. 5.4 Мощность Чад проводит урок по мощности. Сначала он приводит физическое определение мощности и соответствующую формулу (P=W/t). Затем он показывает, что единицей СИ является ватт, то есть Дж/с. Далее приводится альтернативная формула для мощности (P=Fv) вместе с ее выводом, после чего решаются несколько практических задач по физике, связанных с мощностью. Первые две практические задачи включают расчет мощности лифта по работе и времени, а затем по силе и скорости. Последняя практическая задача включает расчет мощности и лошадиных сил двигателя мотоцикла. 5.5 Работа, совершаемая переменной силой Чад проводит урок по работе, совершаемой переменной силой. Урок начинается с повторного рассмотрения определения работы. Фактически, оно включает в себя взятие интеграла от Fdx. Пока сила постоянна, это сводится к традиционному определению работы, которое мы используем в курсе физики на основе алгебры: W=Fd. Но при переменной силе интеграл решается не так просто, и в курсе физики, основанном на алгебре, мы прибегаем к вычислению или аппроксимации площади под кривой зависимости силы от положения, что эквивалентно взятию интеграла. Чад завершает урок, вычисляя площадь под кривой зависимости силы от положения для силы, приложенной для растяжения пружины. 00:00 Введение 00:17 5.1 Работа W=F•d 24:12 5.2 Механическая энергия KE+PE 01:04:30 5.3 Пружины и закон Гука F = -kx 01:30:38 5.4 Мощность P=W/∆t 01:41:37 5.5 Работа, совершаемая переменной силой Посмотрите мастер-курс Чада по общей физике: https://www.chadsprep.com/physics-youtube #generalphysics #physicstutorial