Práca, energia a zákony zachovania

1. Práca a výkon

Práca sily (s ohľadom na uhol):

A = F \cdot S \cdot cos (α)

Čo znamená tento vzorec?

Práca je vykonaná, keď sila posunie teleso. Ak sila pôsobí pod uhlom, zohľadňuje sa jej projekcia do smeru posunutia. Maximálna práca — keď je uhol alfa 0 stupňov, nulová — pri 90 stupňoch.

Výkon (intenzita práce):

P = \frac{A}{Δ}

Čo znamená tento vzorec?

Výkon ukazuje, akou rýchlosťou je práca vykonávaná. Čím väčší výkon — tým rýchlejšie prebieha vykonávanie činnosti. Jednotka je watt (W).

2. Kinetická a potenciálna energia

Kinetická energia (pohyb telesa):

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

Čo znamená tento vzorec?

Kinetická energia — to je energia pohybu. Závisí od hmotnosti telesa a štvorca rýchlosti: pri zdvojnásobení rýchlosti sa energia zvýši 4-krát.

Potenciálna energia (v gravitačnom poli):

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

Čo znamená tento vzorec?

Potenciálna energia vzniká u telesa zdvihnutého nad referenčnú úroveň. Čím vyššie je teleso a čím je ťažšie, tým väčšia je jeho zásoba energie.

Celková mechanická energia (pri absencii strát):

E = E_{k} + E_{p}

Čo znamená tento vzorec?

Celková mechanická energia sa skladá z energie pohybu (kinetickej) a polohy (potenciálnej). Za ideálnych podmienok (bez trenia) sa táto suma nemení: ak jedna ubúda — druhá narastá.

3. Zákon zachovania energie

Zákon zachovania energie (v uzavretom systéme):

E_{počiatočná} + A_{vonk} = E_{kon}

Čo znamená tento vzorec?

Energia nemizne a nevzniká z ničoho — iba sa premieňa z jednej formy do druhej. V uzavretom systéme sa jej celková suma zachováva. Pri pôsobení vonkajších síl sa do výpočtu pridáva ich práca $A_{\text{vonk}}$.

Bez vonkajšej práce (ideálny systém):

E_{počiatočná} = E_{kon}

Čo znamená tento vzorec?

Ak nie je trenie, odpor a iné straty, celková energia sa zachováva: koľko jej bolo na začiatku, toľko jej zostalo na konci. Príklad — pohyb kyvadla vo vákuu.

4. Účinnosť (koeficient užitočnosti)

Účinnosť podľa práce:

η = \frac{A_{užit}}{A_{vynaložená}}

Čo znamená tento vzorec?

Účinnosť ukazuje, aká časť vynaloženej práce priniesla úžitok. Zvyšok — straty (napríklad na ohrev, trenie). Čím bližšie je účinnosť k 1 — tým efektívnejší je systém.

Účinnosť podľa energie:

η = \frac{E_{užit}}{E_{vynaložená}}

Čo znamená tento vzorec?

Energetická forma zápisu účinnosti: ukazuje, aký podiel všetkej dodanej energie sa premenil na potrebnú. Používa sa napríklad u tepelných motorov alebo elektrických spotrebičov.

Stručná príručka fyziky

Vzorce základných oddielov