חום והספק.

שלב 1 מתוך 7

הסך הכול

כשבוחרים פועל תחת הצגת האנרגיה, מופיעים ארבעה עמודים: האנרגיה הפוטנציאלית, האנרגיה הקינטית, החום, והסכום של שלושתם. נבאו מה יעשה עמוד הסך הכול בזמן הנסיעה, ואז ראו.

שלב 2 מתוך 7

כמה חום

ההתנגדות לגלגול היא חיכוך, וכמו כל חיכוך היא עושה על הקרון עבודה שלילית. העבודה הזאת לא נעלמת: היא מחממת את הגלגלים ואת המסילה. האנרגיה שהופכת לחום שווה לגודל העבודה של החיכוך, הכוח כפול הדרך:

$Q = f \cdot d$⁠

כאן הכוח הוא חלק קבוע מהמשקל, $f = \mu m g$⁠ עם $\mu = 0.015$⁠, והדרך היא אורך המסילה שהקרון עבר, לא הגובה שירד.

שלב 3 מתוך 7

מה שנשאר לתנועה

שימור האנרגיה נשאר נכון, רק עם עוד איבר: מה שהיה פוטנציאלי בהתחלה מתחלק עכשיו בין אנרגיה קינטית לחום.

$m g h = \tfrac12 m v^2 + Q$$m g h =$$\tfrac12 m v^2 + Q$⁠

ככל שהקרון נוסע יותר, יותר אנרגיה הופכת לחום, ופחות נשאר לתנועה.

שלב 4 מתוך 7

להתחיל גבוה יותר

בלי חיכוך מספיק לצאת מגובה 12.5 m כדי להשלים את הלולאה. כאן ההגדרה בדיוק מספיק של גובה התחלתי היא 13.5 m.

נסו: הורידו את גובה התחלתי ל־13 m ול־12.5 m, וראו מה קורה בראש הלולאה.

חזרה לניסוי ↑

שלב 5 מתוך 7

הספק

לפני כל נסיעה שרשרת גוררת את הקרון לראש הגבעה. המנוע של השרשרת עושה עבודה, וחשוב גם כמה מהר הוא עושה אותה. הספק הוא העבודה שנעשית בכל שנייה:

$P = \frac{W}{t}$⁠

היחידה של הספק היא ג’ול לשנייה, ושמה ואט: 1 W = 1 J/s. נורה של 10 W הופכת 10 J של אנרגיה חשמלית לאור ולחום בכל שנייה, ומנוע של מכונית מפיק עשרות אלפי ואטים, עשרות קילוואטים.

שלב 6 מתוך 7

מהר יותר, אותה עבודה

לפעמים נוח לחשב הספק מהכוח ומהמהירות. כוח $F$⁠ שדוחף גוף במהירות $v$⁠ בכיוון הכוח עושה בכל שנייה עבודה של $F$⁠ כפול הדרך של שנייה אחת, ולכן

$P = F v$⁠

שלב 7 מתוך 7

לסיכום

• חיכוך הופך אנרגיה לחום, $Q = f d$⁠, בגודל העבודה השלילית שלו. האנרגיה הכוללת נשמרת: $m g h = \tfrac12 m v^2 + Q$$m g h =$$\tfrac12 m v^2 + Q$⁠.
• בגלל החום, הקרון צריך להתחיל גבוה יותר כדי להשלים את הלולאה.
• הספק הוא קצב העבודה, $P = \dfrac{W}{t} = F v$$P =$$\dfrac{W}{t} =$$F v$⁠, בוואטים: 1 W = 1 J/s. אותה עבודה בחצי זמן היא הספק כפול.