Praca, moc, energia – wzory i zadania. Przygotuj się na sprawdzian!

Praca, moc i energia to jedne z najważniejszych pojęć fizycznych. W dzisiejszym wpisie wyjaśniamy, co oznacza każdy z nich i przedstawiamy wzory na ich obliczenie. A to wszystko – jak zawsze u nas – na pełnym luzie!

Co to jest praca? Definicja pracy

Praca to energia przekazana pomiędzy ciałami (bez zmiany ich temperatury). Jednostką pracy w układzie SI jest dżul (zapisywany jako J).

Jeżeli określone ciało wykonuje pracę, oznacza to, że oddaje swoją energię. Jeżeli praca wykonywana jest nad wskazanym ciałem (przez inne ciało, które w tym celu wykonuje pracę i oddaje energię) – to ciało to pobiera energię. 

Spójrz, jak przedstawiliśmy to na grafice:

Mamy tu do czynienia z następującą sytuacją: człowiek naciska swoją dłonią na sprężynę, wykonując nad nią pracę. Oznacza to, że człowiek w wyniku wykonanej pracy oddaje energię, a sprężyna ją pobiera.

Wzór na pracę

W jaki sposób można obliczyć, ile energii zostało przekazane z jednego ciała do drugiego? Można wykonać proste odejmowanie, ale niestety bardzo często trudno jest jednoznacznie ustalić ile wynosi energia na początku i na końcu pracy. Z tego powodu często korzystamy z nieco innych metod obliczeniowych.

Jednym ze sposobów na to, by obliczyć, jaka praca została wykonana, jest pomnożenie siły, jaka została włożona w przesunięcie ciała, przez drogę, na jakiej ta siła była używana.

Co ważne: siła musi działać w kierunku ruchu! Tylko taka wartość może być wykorzystana w obliczeniach.

Spójrz na przykład, który przygotowaliśmy:

Człowiek używa siły o wartości 100 niutonów, aby przesunąć mebel o 5 metrów. Korzystając ze wskazanego wzoru, możesz obliczyć, że wykonał pracę o wartości 500 dżuli.

Co to jest moc? Wzór na moc

Za pośrednictwem mocy określamy, jak dużo pracy może zostać wykonane w określonym czasie.

Spójrz na grafikę:

Aby obliczyć moc, należy podzielić pracę przez czas potrzebny do jej wykonania.

Jednostką mocy jest wat.

Co to jest energia?

Energia umożliwia określenie ilości pracy, jaką dane ciało jest w stanie wykonać. Jednostka energii – niezależnie od rodzaju energii – jest dżul (J). W sytuacji, gdy energia wynosi zero, ciało nie jest zdolne do wykonania żadnej pracy (większość z nas doświadcza tego zjawiska w poniedziałek rano 🙂 ). Energia może mieć różne formy, a jedna forma energii może zostać zamieniona na inną. Wyróżniamy m.in.:
  • energię kinetyczną,
  • energię potencjalną grawitacji, 
  • energię potencjalną sprężystości,
  • energię wewnętrzną,
  • energię elektryczną,
  • energię chemiczną,
  • energię promieniowania.
Poniżej przyglądamy się nieco bliżej wybranym formom energii.

Czym jest energia kinetyczna? Wzór

Energia kinetyczna to energia ciała związana z ruchem (jego prędkością) oraz jego masą. W fizyce opisuje się ją przy pomocy poniższego wzoru:

Energia potencjalna – definicja i wzór

Na etapie szkoły podstawowej wystarczy, jeżeli będziesz mieć podstawowe pojęcie o tym rodzaju energii. W dużym uproszczeniu, energia potencjalna grawitacji to energia związana z wysokością ciała nad ziemią. Bardziej szczegółowo zajmiesz się tym zagadnieniem w kolejnych latach edukacji. 

Wzór na energię potencjalną grawitacji to:

Wyróżniamy jeszcze energię potencjalną sprężystości, czyli energię związaną z odkształceniami ciała, np. z napięciem sprężyny.

Co to jest energia mechaniczna?

Energia mechaniczna ciała to suma jego energii kinetycznej i energii potencjalnej. 

Praca, moc, energia – sprawdzian. Przykładowe zadania

Czas, aby sprawdzić swoją wiedzę w praktyce! Rozwiąż zadania, jakie dla Ciebie przygotowaliśmy i nie daj się zaskoczyć podczas sprawdzianu.

Zadanie 1. Oblicz, jaką pracę należy wykonać, aby podnieść ruchem jednostajnym ciało o masie 3 kg na wysokość 5 m? 

Zadanie 2. Samochód jechał ruchem jednostajnym po płaskiej drodze przez 10 km. Silnik wykonał na tym odcinku pracę 6 MJ. Oblicz, ile wynosiła całkowita siła oporów ruchu samochodu (opory powietrza i siła tarcia).

Zadanie 3. Czajnik ma moc 2100 W. Aby zagotować pewną ilość wody, należy wykonać pracę 252 kJ. Oblicz, ile czasu zajmie zagotowanie tej ilości wody w tym czajniku.

Zadanie 4. Oblicz, jaką moc rozwija osoba, która skacze do góry na wysokość 0,5 m. Masa tej osoby wynosi 70 kg, a czas odbicia od powierzchni ziemi to 0,2 s.

FIZYKA NA LUZIE – doskonała alternatywa lub uzupełnienie korepetycji z fizyki