Природні та штучні системи в середовищі життя людини
Тема 3. Рукотворні системи
§20. РОБОТА ТА ЕНЕРГІЯ
Слово “робота” досить часто звучить у нашій мові. Зазвичай ним називають працю людини, тобто виконання нею якихось дій. Так, учений досліджує певні явища чи тіла, тож наукове відкриття – це його робота. Лікар встановлює причину недуги хворого та лікує його. Учитель навчає учнів, а вони, навчаючись, теж виконують роботу. І таких прикладів ви самі можете навести безліч.
Для виконання роботи людині потрібна енергія. Цю енергію
Що таке механічна робота і коли вона виконується
У науці слово “робота” набуло дещо іншого значення. Його використовують у тому разі, коли під впливом дії сили тіло переміщується з одного місця на інше, з однієї точки в іншу. Така дія сили дістала назву механічна робота.
Розглянемо приклади механічної роботи. Роботу виконують порохові гази, із силою виштовхуючи снаряд з гармати. Людина завдяки силі м’язів піднімає чи опускає вантажі. Роботу виконує велосипедист, який мчить на велосипеді (мал. 112). Якщо тіло падає на землю під дією сили
Мал. 112. Приклади механічної роботи
Роботу виконують і автомобілі, літаки, кораблі, ракети, перевозячи людей та вантажі на значні відстані. Ця робота можлива завдяки енергії, що виділяється під час згорання пального (бензину, мазуту, гасу тощо) у двигуні.
У будь-якому разі чим більшим є значення сили, прикладеної до тіла, та переміщення, що відбулося під її дією, тим більшою буде механічна робота.
Як пов’язані між собою робота та енергія
У перекладі з грецької мови слово “енергія” означає “дія”, “діяльність”. Як зазначалося у § 5, енергія – це здатність будь-якого тіла виконувати роботу. Так, вода річок, падаючи з висоти під дією сили тяжіння, обертає турбіни гідроелектростанцій; повітряні маси, рухаючись, обертають лопаті вітряка. Отже, у наведених прикладах енергію води та повітря людина використовує з користю для себе. Спалюючи пальне у двигунах, отримують енергію для роботи машин і механізмів. Але ще до цього часу не вдалося приборкати потужну енергію штормів, буревіїв, смерчів.
Найбільшим джерелом енергії для живих істот нашої планети є Сонце. Його промені доносять частину енергії до Землі, зігрівають її поверхню, забезпечують перебіг такого важливого явища, як фотосинтез. Унаслідок фотосинтезу сонячна енергія не зникає, а перетворюється на хімічну. Завдяки живленню цю енергію отримують тварини та людина. А коли людина рухається чи переміщує вантажі, хімічна енергія перетворюється на механічну, а також теплову (мал. 113).
Мал. 113. Схема перетворення енергії
Як бачимо, є різні види енергії й один вид енергії здатний перетворюватися на інший.
На думку вчених, такі потужні джерела енергії, як нафта, газ, кам’яне вугілля, утворилися з відмерлих решток тваринних і рослинних організмів, що густо населяли Землю в давні часи. Тож без перебільшення можна твердити, що їхня енергія, як і енергія, що надходить до організмів людини і тварин під час живлення, спочатку була сонячною енергією.
Енергію має й електричний струм. Завдяки їй працюють побутові прилади, електричні двигуни трамваїв, тролейбусів, електровозів.
Як ви вважаєте, чи має енергію стиснена пружина, піднятий камінець, натягнута тятива лука? Так, адже всі перелічені тіла здатні виконати роботу. Приведена в дію стиснута пружина дитячого іграшкового пістолета рухає кульку; камінець, падаючи з висоти, робить у грунті заглибину; натягнута тятива лука штовхає стрілу.
Отже, завдяки енергії та її перетворенню виконується робота.
Різноманітність видів енергії
Майже всі побутові прилади у вашому помешканні споживають електричну енергію. Де ж вона береться? Її виробляють електростанції різного типу. Якщо це гідроелектростанції або вітроелектростанції, то на електричну енергію вони перетворюють механічну енергію води або вітру. На теплових електростанціях теплова енергія, що виділяється під час згорання палива, теж перетворюється на електричну енергію. А в побутових приладах (електрочайнику, електрообігрівачі, прасці тощо) електрична енергія знову перетворюється на теплову, у лампочці – на світлову, в електродвигунах – на механічну (мал. 114).
Мал. 114. Побутові прилади, що перетворюють електричну енергію на інші види енергії
Атомні електростанції виробляють електричну енергію, використовуючи енергію, що виділяється у великій кількості внаслідок розщеплення (руйнування) атомів деяких хімічних елементів. Цей вид енергії має назву атомна енергія.
Підсумки
Під енергією розуміють здатність тіл виконувати роботу.
Існують різні види енергії: механічна, електрична, теплова, світлова, атомна.
Енергія не зникає безслідно і не утворюється з нічого, а перетворюються з одного виду на інший.
Про виконання механічної роботи свідчить переміщення одних тіл під дією інших. Виконання будь-якої роботи потребує витрат енергії.
Сторінка природодослідника
Виконайте завдання. Проведіть спостереження за механічною роботою. Для цього вам знадобляться: пластмасова чи металева учнівська лінійка, пластмасова кришечка від пляшки з мінеральною водою, чистий аркуш паперу, олівець.
Дія 1. Покладіть аркуш паперу на підлогу і проведіть посередині його поперечну лінію олівцем. До поперечної лінії домалюйте ближче до краю аркуша перпендикулярну лінію, як показано на малюнку 115, та позначте на ній відстані: 0 см, 5 см, 10 см.
Мал. 115.
Дія 2. Поставте лінійку ребром на поперечну лінію і покладіть біля її краю, що збігається з позначкою 0 см, пластмасову кришечку, тримаючи рукою інший кінець лінійки нерухомо.
Дія 3. Другою рукою відведіть кінець лінійки (вигніть лінійку), біля якого розташована пластмасова кришечка, не відриваючи його від підлоги, до позначки 5 см. Відпустіть його і спостерігайте за механічним рухом кришечки. Виміряйте відстань, на яку вона перемістилася.
Дія 4. Повторіть дослід, але кінець лінійки, біля якого розташована пластмасова кришечка, вигніть до позначки 10 см, після чого відпустіть. Виміряйте відстань, на яку кришечка перемістилася цього разу.
Проаналізуйте результати дослідів. Порівняйте механічну роботу, яку виконала лінійка з переміщення кришечки в обох випадках. Зробіть висновок, у якому випадку ви затратили більшу енергію, рухаючи лінійку.
Сторінка ерудита
Механічна робота виконується лише тоді, коли тіло переміщається на певну відстань. Якщо ж тіло, здійснивши рух, повернулось у вихідне положення, то механічної роботи воно не виконало. Наприклад, вранці дві машини з вантажем одночасно виїхали з підприємства. В кінці робочого дня вони повернулись, але одна з них доставила вантаж за місцем призначення, а інша з певних причин повернулася нерозвантаженою. У цьому разі перший автомобіль виконав механічну роботу з перевезення вантажу, а другий – ні.
Перевірте свої знання
1. Що називають енергією? Назвіть відомі вам види енергії. 2. Наведіть якомога більше прикладів перетворення різних видів енергії. 3. Дайте визначення механічної роботи. 4*. Накресліть схему перетворення енергії Сонця з моменту потрапляння її на Землю і до моменту виконання людиною механічної роботи.
(1 votes, average: 5,00 out of 5)