激发运动：工作、能量与动力
工作、能量和动力探索了工作、各种能量形式（如动能和势能）以及动力作为能量传递速率的概念，为理解能量如何驱动物理过程提供了见解。工作量化了通过力作用于距离的能量传递，能量存在于动能（运动）或势能（储存）中，而动力衡量的是工作进行的速率，对于理解从摆的运动到引擎的运行等系统至关重要。
工作、能量与动力概述
工作、能量和动力由其关键原则和关系定义。以下是分解：
- 工作: 当力导致位移时，能量的传递，计算公式为力乘以距离。
- 动能: 由于物体运动而产生的能量，取决于质量和速度。
- 势能: 物体的位置或状态所储存的能量，如重力势能或弹性势能。
- 动力: 工作进行的速率，单位为瓦特。
工作、能量与动力示例
工作示例
- 推一个 10 N 的盒子 5 米，做功 50 焦耳 (W = F × d)。
- 用 10 N 的力将一个 2 公斤的书本举高 1 米，做功 20 焦耳。
- 用 30 N 的力拉一个雪橇 4 米，做功 120 焦耳。
动能示例
- 一个 2 公斤的球以 5 米/秒的速度运动，具有 25 焦耳的动能 (KE = ½mv²)。
- 一辆 1000 公斤的汽车以 20 米/秒的速度行驶，具有 200,000 焦耳的动能。
- 一只 0.5 公斤的小鸟以 10 米/秒的速度飞行，具有 25 焦耳的动能。
势能示例
- 一个 2 公斤的书本距离地面 3 米，具有 60 焦耳的重力势能 (PE = mgh, g = 10 m/s²)。
- 一个 1 公斤的石头高度 5 米，具有 50 焦耳的势能。
- 一根弹簧，k = 200 N/m，x = 0.1 m，具有 1 焦耳的弹性势能 (PE = ½kx²)。
动力示例
- 在 5 秒内完成 50 焦耳的功，产生 10 瓦特的功率 (P = W/t)。
- 一台发动机在 4 秒内完成 200 焦耳的功，产生 50 瓦特的功率。
- 用 300 焦耳的功在 3 秒内跑上楼梯，产生 100 瓦特的功率。