Práce, energie a zákony zachování

1. Práce a výkon

Práce síly (s ohledem na úhel):

A = F \cdot S \cdot cos (α)

Co znamená tento vzorec?

Práce je vykonána, když síla posune těleso. Pokud síla působí pod úhlem, zohledňuje se její projekce do směru posunutí. Maximální práce — když je úhel alfa 0 stupňů, nulová — při 90 stupních.

Výkon (intenzita práce):

P = \frac{A}{Δ}

Co znamená tento vzorec?

Výkon ukazuje, jakou rychlostí je práce vykonávána. Čím větší výkon — tím rychleji probíhá provedení činnosti. Jednotka je watt (W).

2. Kinetická a potenciální energie

Kinetická energie (pohyb tělesa):

E_{k} = \frac{1}{2} \cdot m \cdot v^{2}

Co znamená tento vzorec?

Kinetická energie — to je energie pohybu. Závisí na hmotnosti tělesa a čtverci rychlosti: při zdvojnásobení rychlosti se energie zvýší 4krát.

Potenciální energie (v gravitačním poli):

E_{p} = m \cdot g \cdot h

Co znamená tento vzorec?

Potenciální energie vzniká u tělesa zdviženého nad referenční úroveň. Čím výše je těleso a čím je těžší, tím větší je jeho zásoba energie.

Celková mechanická energie (při absenci ztrát):

E = E_{k} + E_{p}

Co znamená tento vzorec?

Celková mechanická energie se skládá z energie pohybu (kinetické) a polohy (potenciální). Za ideálních podmínek (bez tření) se tato suma nemění: pokud jedna ubývá — druhá narůstá.

3. Zákon zachování energie

Zákon zachování energie (v uzavřeném systému):

E_{poč} + A_{vněj} = E_{kon}

Co znamená tento vzorec?

Energie nemizí a nevzniká z ničeho — pouze se přeměňuje z jedné formy do druhé. V uzavřeném systému se její celková suma zachovává. Při působení vnějších sil se do výpočtu přidává jejich práce $A_{\text{vněj}}$.

Bez vnější práce (ideální systém):

E_{poč} = E_{kon}

Co znamená tento vzorec?

Pokud není tření, odpor a jiné ztráty, celková energie se zachovává: kolik jí bylo na začátku, tolik jí zůstalo na konci. Příklad — pohyb kyvadla ve vakuu.

4. Účinnost (koeficient užitečnosti)

Účinnost podle práce:

η = \frac{A_{užit}}{A_{vynal}}

Co znamená tento vzorec?

Účinnost ukazuje, jaká část vynaložené práce přinesla užitek. Zbytek — ztráty (například na ohřev, tření). Čím blíže je účinnost k 1 — tím efektivnější je systém.

Účinnost podle energie:

η = \frac{E_{užit}}{E_{vynal}}

Co znamená этот vzorec?

Energetická forma zápisu účinnosti: ukazuje, jaký podíl veškeré dodané energie se přeměnil v potřebnou. Používá se například u tepelných motorů nebo elektrických spotřebičů.

Stručný průvodce fyzikou

Vzorce základních témat