В тази статия бих искал да се съсредоточа върху друга от физическите величини, а това е сила.
Силата възниква поради взаимодействието на две тела или между физическите полета (гравитационно поле и електрическо поле) и тялото.
Единицата за сила е Нютон N.
Силата 1N изразява количеството енергия (механична работа), което едно тяло продава на друго тяло за единица време 1s.
Формула за изчисляване на силата F = m * a.
F = сила, m = маса, a = ускорение,
Силата F предизвиква ускорение a за тяло с маса m.
За да може тяло с тегло 5 кг да достигне скорост от 2 m/s за 1 s, върху него трябва да действа сила от 10 N.
a = v/t = 2/1 = 2m/s 2, F = m * a = 5 * 2 = 10N,
За 1s силата 10N извършва работата W = F * t = 10 * 1 = 10J
W = F * s = 0,5 * m * v 2 = 0,5 * 5 * 2 2 = 10J,
В този случай обемът на извършената работа и по двете формули е еднакъв.
За да може тялото с тегло 5 кг да достигне скорост от 4 m/s, към него трябва да се приложи сила от 10 N 2 пъти за по-дълго време 2 s.
За 2s силата 10N ще свърши работа W = F * t = 10 * 2 = 20J
W = F * s = 0,5 * m * v 2 = 0,5 * 5 * 4 2 = 40N,
За да се постигне 2 пъти скорост, една и съща сила при едно и също телесно тегло трябва да свърши 2 пъти повече работа, а не 4 пъти, както следва от валидната формула за изчисляване на работата.
Действителното количество работа с равномерно ускорено движение може да се изчисли само по формулата W = F * t!
За да може тяло с маса m да достигне скорост v, винаги трябва да се изпълнява едно и също количество работа W, независимо от големината на използваната сила.
Ако използвам сила F, тяло с маса m ще има ускорение a, а скоростта v ще достигне време t.
F = 20N, m = 2kg, v = 10m/s, a = F/m = 20/2 = 10m/s 2 .
t = v/a = 10/10 = 1s. W = F * t = 20 * 1 = 20J,
Ако използвам сила 2F, тяло с маса m ще има ускорение 2а и скоростта v ще достигне 0,5 т във времето.
F = 40N, m = 2kg, v = 10m/s, a = F/m = 40/2 = 20m/s2,
t = v/a = 10/20 = 0,5s W = F * t = 40 * 0,5 = 20J,
Ако използвам сила от 0,5F, тяло с маса m ще има ускорение от 0,5a и скоростта v ще достигне 2t във времето.
F = 10N, m = 2kg, v = 10m/s, a = F/m = 10/2 = 5m/s2,
t = v/a = 10/5 = 2s, W = F * t = 10 * 2 = 20J,
За да може тяло с маса m да достигне скорост v, винаги трябва да се извършва едно и също количество работа, независимо от големината на използваната сила. Повече мощност работи по-кратко време и по-малко енергия работи по-дълго.
Само работата, извършена от силата F за време t с равномерно ускорено движение, може да се счита за кинетична енергия. Ek = W = F * t = m * v.
При равномерно ускорено движение силата F не работи по цялата пътека, което валидната формула за изчисляване на работата игнорира и следователно според валидната формула W = F * m се основава много по-голяма работа.
Силата работи само по време на смяната на скоростта.
При ускорение от 10m/s 2, тялото променя скоростта за 1s от 0m/s до 10m/s, или от 10m/s до 20m/s, или от 20m/s до 30m/s. С всяка промяна на скоростта тялото изминава разстояние от 0,5 * a = 5m за 1 s.
Въпреки че тялото преминава 45m за 3 секунди, силата изпълнява работа само на пистата 3 * 5m = 15m.
Според формулата W = F * s е възможно да се изчисли само работата, необходима за преодоляване на триенето и устойчивостта на околната среда. Тази работа не може да се разглежда като кинетична енергия, защото се изразходва по време на движение за преодоляване на триенето и устойчивостта на околната среда.!
Триенето се получава при всяко движение. Силата, необходима за преодоляване на триенето, може да бъде изчислена по формулата, Ft = fo * Fn
Ft = сила на триене
fo = коефициент на триене в покой.
Fn = сила, перпендикулярна на посоката на движение (гравитация).
Скоростта и времето не оказват влияние върху работата, необходима за преодоляване на триенето и следователно зависят само от силата на триене и траекторията. Работата, необходима за преодоляване на триенето на разстояние s, може да бъде изчислена по формулата W = Ft * s.
Ft = сила на триене
Работата, необходима за преодоляване на триенето, се изразходва по време на движение за преодоляване на триенето и следователно не може да се разглежда като кинетична енергия.
Същото се отнася и за работата, необходима за преодоляване на гравитацията на орбитата s.
Fg = гравитационна сила
Скоростта и времето не оказват влияние върху работата, необходима за преодоляване на гравитацията и следователно зависят само от гравитационната сила и траекторията (височината). Работата, необходима за преодоляване на гравитацията, се изразходва по време на движение за преодоляване на гравитацията и следователно не може да се счита за кинетична енергия.