تد

کار … چگونه کار می‌کند!؟ – پیتر بوهاچک

کار … چگونه کار می‌کند!؟ – پیتر بوهاچک

مفاهیم «کار» و «توان» کمک می‌کند تا بسیاری از قوانین فیزیک را که جهان بر پایه آن است، باز کرده و درک کنیم در این درس، «پیتر بوهاچک» اثر متقابل هر یک از مفاهیم را در ارتباط با دو مثال واقعی — یک لامپ حبابی و ساعت‌ پاندولی‌ (ساعت پدربزرگ) — توضیح می‌دهد. درسی از پیتر بوهاچک، انیمیشن از لوک کاهیل.

متن سخنرانی – کار … چگونه کار می‌کند!؟ – پیتر بوهاچک

در علم فیزیک، مفاهیم کار و توان به ما کمک می‌کند تا چیزهای زیادی را در جهان درک کرده و آنها را توضیح دهیم. اجازه دهید که با کار شروع کنیم. کار مثبت انرژی است که آن را به یک سیستم می‌دهیم، و کار منفی انرژی ست که به بیرون منتقل می‌شود. فرض کنید که کار مثبت پولی‌ست که در حساب بانکی‌تان قرار می‌دهید، و کار منفی پولی‌ست که از حساب تان بر می‌دارید.

در سیستم متریک، انرژی و کار با واحد ژول اندازه گیری می‌شوند. برای مثال، ساعت مکانیکی قدیمی و زیبای پاندولی (ساعت پدربزرگ) را درنظر بگیرید. ما انرژی را به ساعت می‌دهیم با چرخش محور استوانه سنگین فلزی درون ساعت بلند شود. وقتی این کار را می‌کنیم، کار مثبت است، افزودن انرژی به ساعت، و اینکه انرژی در حالت پتانسیل گرانشی ذخیره می‌شود.

بخوانید:  خاستگاه نظریه‌های بی شمار توطئه - پاتریک جی ام تی

می‌توانیم میزان کار انجام شده را محاسبه کنیم با ضرب نیروی وارد شده در فاصله که نیرو اعمال می‌شود. تا استوانه فلزی را بالا ببریم، لازم است تا نیرویی مساوی با وزن آن وارد کنیم. این نیرو مساوی نیروی جاذبه است که استوانه را به پایین می‌کشد. این استوانه‌ها ۳۰۰ نیوتن وزن دارند، که نسبتاً سنگینند، هم وزن بچه‌ای کوچک، و اگر آن را نیم متر بلند کنیم، باید ۳۰۰ نیوتن را در ۰/۵ متر ضرب کنیم تا ۱۵۰ ژول کار داشته باشیم.

توان نرخی است که انرژی انتقال می‌یابد. وقتی می‌گوییم نرخ، یعنی میزان انرژی انتقال یافته در واحد زمان. در سیستم متریک، توان به واحد ژول بر ثانیه یا وات است. واژه وات به «جیمز وات» باز می‌گردد، او «ایده اسب بخار» را مطرح ساخت تا توانی را اندازه بگیرد که از کار اسبی معمولی بدست می‌آمد.

جیمز وات سازنده موتورهای بخار بود، و می‌خواست مشتری‌های او بتوانند مقایسه‌ای را بین موتورهای بخار و موارد مشابه بکنند، مثل توانی که از کار اسب بدست می‌آید. آن ایده بسیار مفید بود به نحوی که سیستم متریک واحد توان را «وات» گذاشت، که از نام جیمز وات گرفته شده بود. حال مسیر وات را دنبال کنیم، بیایید مقایسه‌ای بین توان لازم برای راه‌اندازی ساعت پاندولی و توان مورد نیاز برای روشن کردن لامپ ۱۰۰ واتی بکنیم.

ما می‌توانیم توان مصرفی شخصی را که فنر ساعت را می‌چرخاند از تقسیم میزان کار آنها به زمانی که برای انجامش لازم است، بدست آوریم. اگر یک دقیقه یا ۶۰ ثانیه طول بکشد، تا وزن را بلند کنیم، پس ۱۵۰ ژول کار انجام می‌شود که به ۶۰ تقسیم شده، و هر ثانیه ۲/۵ ژول کار می‌شود. انرژی وارد به ساعت برابر با ۲/۵ وات است.

بخوانید:  چگونه اضطراب بر بدن شما تاثیر می‌گذارد- شرون هرش برگویست

اما شما ۴۰ برابر این مقدار را برای روشن نمودن لامپ ۱۰۰ وات نیاز دارید. قبل از اینکه بگذاریم ساعت کار کند، انرژی به شکل پتانسیل گرانشی در استوانه‌ها ذخیره می‌شود. مثل حساب بانکی شما وقتی پول به آن واریز می‌کنید. اما اگر ساعت کار کند، استوانه‌ها به آرامی پایین می‌آیند. انرژی از ساعت بیرون می‌رود.

در حقیقت، وقتی استوانه‌ها کاملاً پایین آمدند، انرژی آن کاملاً تخلیه می‌شود. خوب، توان مصرفی ساعت چقدر است؟ جواب، میزان تخلیه انرژی ساعت دیواری در هر ثانیه است اگر ۵ روز بگذرد تا استوانه‌ها به جایگاه اولیه بازگردند چطور؟ می‌توانیم آن را بیابیم چرا که می‌دانیم چه مقدار کار انجام دادیم وقتی استوانه‌ها را بلند کردیم: ۱۵۰ ژول.

بخوانید:  چگونه از فروپاشی شهرهایی با رشد سریع جلوگیری کنیم

اما این بار نه یک دقیقه بلکه ۵ روز طول می‌کشد ۵ روز برابر با ۵ ضربدر ۲۴ ضربدر ۶۰ و دوباره ضربدر ۶۰ است. که ۴۳۲ هزار ثانیه می‌شود. پس ما کار انجام شده را به زمان تقسیم می‌کنیم و جواب ۰/۰۰۰۳۵ ژول در ثانیه را می‌یابیم، که همان ۰/۳۵ میلی وات است. این مقدار توان بسیار کوچک است. این ساعت توان بسیار کمی را مصرف می‌کند و شما می‌توانید تقریباً ۳۰۰ هزار ساعت را راه بیاندازید با همان میزان توان مصرفی لازم برای روشن نگه داشتن لامپ ۱۰۰ واتی.

دقیقاً! شما در هر خانه‌ای می‌توانید ساعتی را در شهری معمولی با این توان راه بیاندازید. این نتیجه گیری فوق العاده‌ای است و دانش مسأله کار و توان برای یافتنش لازم بود.

نوشته های مشابه

دکمه بازگشت به بالا