TYÖ JA ENERGIA Voima tekee työtä siirtäessään kappaletta yleensä jotain voimaa vastaan. Esim. Kitkaa vastaan siirtotyö Painovoimaa vastaan nostotyö Ei vastusvoimaa kiihdytystyö Työ = voima x siirtymä W = FΔx kun voima ja siirtymä samansuuntaiset W =-F Δx kun voima ja siirtymä ovat erisuuntaiset
Nostotyö W = Gh = mgh Yksikkö [W] = [F][x] = 1N.1m = 1Nm = 1J (joule) Suoraviivaisessa liikkeessä siirtymä Δx = s eli matka. (x,F)-koordinaatistossa fysikaalinen pinta-ala kuvaa työtä.(ks.s.36 )
Energia on kyky tehdä työtä, se on siis varastoitunutta työtä. Energia muuttuu muodosta toiseen voiman tehdessä työtä. Esim. liike-energia muuttuu lämpöenergiaksi kitkavoiman välityksellä tai… Kiveä nostettaessa lihaksissa kemiallinen energia muuttuu kiven potentiaalienergiaksi. Energian säilymislain mukaan energia voi muuttua muodosta toiseen, mutta sen kokonaismäärä säilyy.
MEKAANINEN ENERGIA Kappaleella on asema- eli potentiaalienergiaa, jos sillä on asemansa puolesta kyky tehdä työtä. Esim. ylös nostetut kappaleet ja jännitetyt jouset sisältävät potentiaalienergiaa. Painovoimakenttään liittyvä asemaenergia Ep= Gh = mgh missä m = massa (kg) h = korkeus valitusta nollatasosta metreinä g = putoamiskiihtyvyys 9,81 m/s2
Kappaletta nostettaessa nostotyö = potentiaalienergian muutos [E] = [G] [h] = 1N.1m = 1Nm = 1J (joule)
Kappaleella on liike- eli kineettistä energiaa, jos se voi liikkeensä avulla tehdä työtä. Esim. liikkuva vesi pyörittää turbiinia vesivoimalassa. Ek= ½ mv2 missä m = massa (kg) v = nopeus (m/s) Kappaletta siirtävä voima kasvattaa liike-energiaa, jos liikevastusvoimat ovat pienemmät kuin siirtävä voima.
SISÄENERGIA Kappaleen rakenneosasten lämpöliikkeen liike-energioiden ja potentiaalienergioiden (sähkömagneettinen vuorovaikutus) summaa sanotaan kappaleen sisäenergiaksi. Sisäenergian muutoksia voidaan mitata, mutta sen absoluuttista arvoa ei. Sisäenergian muutos voidaan havaita esim. lämpötilan muutoksena.