功,也叫機(jī)械功,是物理學(xué)中表示力對物體作用的空間的累積的物理量,功是標(biāo)量,大小等于力與物體在力的方向上通過的距離的乘積,國際單位制單位為焦耳?!肮Α币辉~最初是法國數(shù)學(xué)家古斯塔夫·科里奧利創(chuàng)造的。
功,也叫機(jī)械功。如果一個物體受到力的作用,并在力的方向上發(fā)生了一段位移,我們就說這個力對物體做了功。功是物理學(xué)中表示力對位移的累積的物理量。與機(jī)械能相似的是,功也是標(biāo)量,國際單位制單位為焦耳。1J=1N·m=1kg·m2·s-2 “功”一詞最初是由法國數(shù)學(xué)家賈斯帕-古斯塔夫·科里奧利創(chuàng)造。
功的定義(一維)
在一維運動(即在一條直線上的運動)中,如果物體因為力F從A運動到B,位移了x,物體做了W的功。
如果物體做勻速運動(速度可為0),那么物體總功為零;
如果物體受到的力合力為F,而初運動和末運動的位移方向與F相同,那么這個物體做正功;
如果物體受到的力合力為F,而初運動和末運動的位移方向與F相反,那么這個物體做負(fù)功;
功是標(biāo)量,功的正負(fù)不代表大小, 3J的功比-5J的功小。
做功的兩個因素:
1.作用在物體上的力
2.物體在這個力的方向上移動的距離
注:功的公式只能計算一個力或一個合力所做的功,如要算總功,需用速度與質(zhì)量的公式。
如果一個力作用在物體上,物體在這個力的方向上移動了一段距離,力學(xué)里就說這個力做了功。即使存在力,也可能沒有做功。例如,在勻速圓周運動中,向心力沒有做功,因為做圓周運動的物體的動能沒有發(fā)生變化。同樣的,桌上的一本書,盡管桌對書有支持力,但因沒有位移而沒有做功。
總的來說不做功的情況有三種:不勞無功、有勞無功和垂直無功。(不勞無功:只移動了距離,但在這移動的方向上沒產(chǎn)生力,即0·Fs·cosα=0焦耳;有勞無功:只有力,卻在力的方向上沒有移動一定的距離,F(xiàn)·0·scosα=0焦耳;垂直無功:物體既受到力,又通過一段距離,但兩者方向互相垂直,F(xiàn)scos90°=Fs·0=0J。)
熱傳導(dǎo)不被認(rèn)為是做功,因為能量被轉(zhuǎn)化成了微觀原子的振動而非宏觀的位移。
PS:功的實質(zhì)就是力的空間累積。
力與物體在力的方向上通過的距離的乘積稱為機(jī)械功(mechanical work),簡稱功。
功定義為力與位移的內(nèi)積。其中,W表示功,F(xiàn)表示力,而dx表示與外力同方向的微小位移;上式應(yīng)表示成路徑積分,a 是積分路徑的起始點,b是積分路徑的終點。為了了解物體受力作用,經(jīng)過一段距離后所產(chǎn)生的效應(yīng),而定義出功的概念。
功是標(biāo)量,所以功的正、負(fù)不表示方向。功的正負(fù)也不表示功的大小。它僅僅表示是動力對物體做功還是阻力對物體做功,或者說是表示力對物體做了功還是物體克服這個力做了功。若要比較做功的多少,則要比較功的絕對值,絕對值大的做功多,絕對值小的做功少。功是能量變化的量度,做功的多少反映了能量變化的多少,功的正負(fù)則反映了能量轉(zhuǎn)化的方向(注意:不是空間的方向)
判斷一個力對物體是否做功,可根據(jù)該力和物體位移方向的夾角是否為90°,或力與物體速度方向的夾角是否總是90°來確認(rèn)力是否對物體做功。夾角大于90°時功為負(fù),夾角小于90°時功為正。
國際單位制中功的單位為焦耳(J)。焦耳被定義為用1牛頓的力對一物體使其發(fā)生1米的位移所做的機(jī)械功的大小。量綱相同的單位?!っ子袝r也使用,但是一般?!っ子糜诹?,使其跟功和能區(qū)別開。
在國際單位中,功的單位是焦耳,簡稱“焦”,符號為J,單位為J 1J=1N·m由英國物理學(xué)家焦耳(James Prescott joule,1818~1889)對科學(xué)的貢獻(xiàn)而命名的。
非國際單位制單位包括爾格、英尺·磅、千瓦小時(kW·h)、大氣壓力、馬力小時(HP·h)。而由于具有相同的物理量─熱能,偶爾會見到以熱量熱能形式表示的測量單位,如:卡路里(cal)、BTU等。
方法一:
做功相同,比時間。時間越短,做功越快。
方法二:
時間相同,比做功。做功越多,做功越快。
方法三:
做功和時間均不相同,比比值。做功/時間的值越大,做功越快。
一個物體對外做了多少功,它就減少了多少能量。反之,外界對一個物體做了多少功,這個物體的能量就增加了多少。(功與能單位相同)