کار و انرژی

پایه و اساس فیزیک انرژی است ، تا زمانی که ندانید انرژی چیست ، زیبایی فیزیک را درک نمی کنید

 

به طور کلی عالم از ترکیب انرژی و ماده تشکیل شده است ، ماده چیزی است که می توان دید ، بویید ، حس کرد ، ماده جرم دارد و فضا را اشغال می کند.( یعنی حجم دارد )اما انرژی چیزی است که بتواند در وضعیت ماده تغییر بوجود بیاورد ، انرژی همانند جسم مادی نیست و غالبا انواع انرژی را نمی توان دید ، بویید یا حس کرد.فقط هنگام تبدیل یا انتقال انرژی به وجود آن پی می بریم.( اگر هنوز مفهوم انرژِی را نفهمیدید نگران نباشید و ادامه ی مطالب را مطالعه کنید )  برای آنکه با مفهوم انرژی آشنا شوید به مثال های زیر توجه کنید 🙁 یادتان باشد که انرژی را فقط با مثال می توان توصیف کرد ) _ ذوب شدن یخ : هنگامی که یخ از حالت جامد به مایع تبدیل می شود ، وضعیتش تغییر کرده است ، این تغییر وضعیت بدلیل آن است که به یخ گرما ( در ادامه با ارتباط گرما وا نرژی آشنا می شویم ) داده شده است. در واقع انرژی باعث تغییر وضیعت یخ شده است. _ حرکت توپ : توپ در حال عادی ساکن است اما هنگامی که بازیکنان به توپ ضربه می زنند توپ به حرکت در می آید و وضعیتش تغییر می کند . این تغییر و ضعیت بدلیل اعمال کار ( در ادامه با ارتباط کار با انرژی آشنا می شوید) به توپ است. در واقع انرژی باعث تغییر وضعیت توپ شده است. _ تبخیر آب : هنگامی که آب به بخار تبدیل می شود ، وضعیتش تغییر کرده است ، این تغییر وضعیت بدلیل اعمال گرما است ، در واقع انرژی باعث تغییر وضعیت آب شده است. در مثال های بالا انرژی باعث تغییر وضعیت ماده شده است ، اما سوالی که پیش می آید این است که کار و گرما چیست و چه ارتباطی با انرژی دارد؟ پاسخ : _کار نوعی روش انتقال انرژی است که باعث تغییر مکان و جابه جایی اجسام می شود. به طور دقیق تر می توان گفت که همه ی اجسام ساکن هنگامی به حرکت در می آیند که کار به آنان وارد گردد. _ گرما نیز نوعی روش انتقال انرژی است که به دلیل اختلاف دمای میان اجسام بوجود می آید.به طور دقیق تر می توان گفت که هنگامی که میان دو جسم اختلاف دما بوجود می آید ، انرژی ای از جسمی که دمایش بالاتر است به جسمی که دمایش پایین تر است روان می گردد که به آن گرما می گوییم.( در مثال های بالا توجه کنید که اختلاف دما باعث روان شدن انرژی شد ، مثلا در اولین مثال اختلاف دمای میان محیط و یخ باعث روان شدن انرژی از محیط به یخ و ذوب شدن یخ شد.) نکته : کار و گرما دو راه برای انتقال انرژی هستند. انرژی در طبیعت در صورت های مختلفی وجود دارد . برخی از صورت های انرژی عبارتند از انرژی هسته ای ، انرژی الکتریکی ، انرژی جنبشی ، انرژی پتانسیل گرانشی و … ، در آینده در مورد این مباحث صحبت خواهیم کرد. حال که با مفهوم انرژی آشنا شدید با روش های انتقال آن به طور کامل آشنا می شوید . ( فعلا فقط به مطالعه ی کار می پردازیم و با مبحث گرما در آینده آشنا می شویم ) کار از لحاظ تعریفی کار حاصلضرب نیرو در جابه جایی است . اما از آنجایی که این تعریف از لحاظ مفهومی چندان جالب نیست آن را به صورت زیر تعریف می کنیم :

((کار یکی از روش های انتقال انرژی به اجسام است))

هنگامی که بر روی جسمی کار انجام می دهیم ، برایمان مهم است که چقدر انرژی را به این جسم انتقال داده ایم . طبق روابط فیزیکی از راه زیر می توانید مقدار کاری را که بر روی جسم انجام داده اید بدست آورید :

نیرو × جابه جایی = کار

و به زبان ریاضی داریم :

W = F.d

نکته ( بسیار مهم ) : یکای انرژی در فیزیک ژول است که آن را با نماد J نشان می دهیم و از آنجا که کار و گرما در انتقال انرژی نقش دارند یکای آن ها نیز ژول می باشد. نکته : مفهوم ((کار)) را در فیزیک با کلمه ی ((کار))ی که روزمره از آن استفاده می کنید اشتباه نگیرید. نکته:اگر بر جسمی نیرو وارد شود و هیچ جابه جایی ای صورت نگیرد کار صفر است و هیچ انرژی ای به جسم منتقل نمی شود