يستخدم الفيزيائيون الكلمات اليومية بطرق تبدو غريبة ومحددة للغاية. بالنسبة للفيزيائي ، العمل (دبليو) ليس ما تفعله من التاسعة إلى الخامسة في أيام الأسبوع. إنه نتاج القوة (F) مطبقًا على كائن مضروبًا في المسافة (د) يتحرك الجسم نتيجة لتلك القوة.
W = فد
إذا لم يتحرك الكائن ، لم يتم القيام بأي عمل. حاول أن تشرح ذلك للرجل الذي يحاول إخراج سيارتك من حفرة ولم يحالفه الحظ في تحريك السيارة.
يستخدم الفيزيائيون أيضًا كلمة قوة (ص) بشكل محدد. بالنسبة لهم ، القوة ليست ما تحصل عليه من خلال تناول وجبة فطور دسمة. أنه الوقت (ر) يستغرق قدرًا معينًا من العمل. معادلة القوة هي:
P = \ فارك {W} {t}
بمعنى آخر ، القوة هي معدل إنجاز العمل. إنه أيضًا معدل نقل الحرارة والطاقة الكهربائية. في دراسة الكهرباء صيغة الطاقة هي:
ف = السادس
أينالخامسهو الجهد في الدائرة وأناهو التيار المتدفق عبر تلك الدائرة.
إن معرفة ما تعنيه كلمة "قوة" لعلماء الفيزياء يساعدك على فهم وحدات القوة. في نظام SI (متري) ، الوحدات هي واط. عند القياس في النظام الإمبراطوري ، تكون الوحدات إما قدم رطل / ثانية أو حصان. القدرة الحصانية الواحدة تساوي 550 رطل / ثانية.
الواط هي وحدات الطاقة في نظام SI
يحتوي نظام SI (Système Internationale) - المعروف أيضًا باسم النظام المتري - على سبع وحدات أساسية فقط. جميع الوحدات الأخرى مشتقة من هؤلاء. في نظام SI ، يقاس الطول بالأمتار والكتلة بالكيلوجرام والوقت بالثواني. القوة تساوي الكتلة مضروبة في التسارع (من قانون نيوتن الثاني) ، لذا فإن الوحدات هي kg-m / s2. هذا يعني أن وحدات العمل هي kg-m2/س2. بدلاً من استخدام هذه الوحدات في كل عملية حسابية ، والتي ستكون مرهقة ، يحدد العلماء الجول (J) (سمي على اسم الفيزيائي جيمس بريسكوت جول) على أنه 1 كجم-م2/س2. الجول هو أيضًا وحدة الطاقة في نظام SI ، على الرغم من أنه من المعتاد استخدام ergs عند القياس بالسنتيمتر والجرام.
1 \ text {joule} = 1 \ text {kgm} ^ 2 \ text {/ s} ^ 2 \\\ text {} \\ 1 \ text {erg} = 1 \ text {gcm} ^ 2 \ text {/ s} ^ 2
تُعرَّف الطاقة بأنها الشغل مقسومًا على الوقت ، لذا فإن وحداتها تساوي جول / ثانية. العلماء لديهم اسم آخر لهذه الوحدة أيضًا. إنه الواط ، الذي سمي على اسم جيمس وات ، المخترع الاسكتلندي الذي ساعد في تطوير المحرك البخاري الذي دعم الثورة الصناعية. في نظام SI ، يتم تعريف الواط على النحو التالي:
1 \ text {watt} = 1 \ text {J / s} = 1 \ text {kgm} ^ 2 \ text {/ s} ^ 3
إذا كنت تقيس بالسنتيمتر والجرام ، فاستخدم هذا التحويل:
1 \ text {watt} = 10 ^ 7 \ text {ergs / s} = 10 ^ 7 \ text {gcm} ^ 2 \ text {/ s} ^ 3
ما هي قوة حصان؟
إذا كنت تحب السيارات ، فأنت تعلم دائمًا أن تقييمات قوة محركات السيارات تُعطى بالحصان. هذا يعني أن القدرة الحصانية هي أيضًا وحدة قوة ، ولكن من أين أتت ، ولماذا لا تزال قيد الاستخدام؟
اتضح أن لا أحد غير جيمس وات هو الرجل المسؤول عن وحدة الطاقة هذه. من أجل بيع محركاته البخارية ، كان عليه أن يحدد مقدار العمل الذي يمكنهم القيام به في وقت معين. لقد أنشأ وحدة بناءً على مقدار العمل الذي يمكن أن يقوم به مهر واحد. كان معروفًا في ذلك الوقت أن حصانًا واحدًا يمكنه رفع 220 رطلاً من الفحم فوق عمود منجم يبلغ ارتفاعه 100 قدم في دقيقة واحدة. هذا يترجم إلى 22000 قدم - رطل / دقيقة. ثم افترض بشكل غير صحيح أن الحصان العادي يمكن أن يقوم بعمل أكثر بنسبة 50٪ وحدد بشكل تعسفي القدرة الحصانية على أنها 33000 قدم - رطل / دقيقة ، وهو نفس 550 قدمًا - رطل / ثانية. في وحدات SI ، هذا هو 745.7 واط.
كوحدة للطاقة ، عادةً ما يتم حجز القدرة الحصانية للمحركات - وأحيانًا - سعة تبريد مكيف الهواء. لماذا ما زلنا نستخدمه؟ ربما لنفس السبب الذي لا يزال الناس في بعض البلدان ، بما في ذلك الولايات المتحدة ، يستخدمون نظام القياس الإمبراطوري: العادة.