گشتاور ـ انرژي ـ توان ـ نيرو

[ریپورتر]

معرفي :

اگر مقالات زيادي در مورد خودرو خوانده باشيد ، اصطلاحات زيادي مثل اصطلاحات بالا را در آن ديده ايد . لغاتي مثل جرم ، نيرو تورک ، کار قدرت و انرژي . اين لغات واقعاً چه معني اي مي دهند و آيا با هم ديگر قابل عوض کردن و قابل کاربرد هستند ؟
در اين مقاله ، ما کمک خواهيم کرد که همه ي اين اصطلاحات را در کنار هم بياوريد ، چند مثال از زماني که استفاده مي شوند ، بياوريم ، و حتي يکي دو محاسبه در راستاي درک مفهوم آنها خواهيم داشت .
در اين مقاله ، به انواع مختلفي از واحدهاي اندازه گيري اشاره مي کنيم .
در بيشتر جهان ، سيستم بين المللي واحدها يا SI ( International system of units )
که همچنين به نام سيستم متريک ( system metric ) هم ناميده مي شود ، به عنوان سيستم استاندارد واحدها پذيرفته شده است .
اين سيستم شامل بيشتر واحدهاي متريک که به آن عادت داريد مي شود . مثل متر و کيلوگرم . اما همچنين شامل واحدهايي براي خيلي از خواص فيزيکي و مهندسي مي شود . حتي ايالات متحده هم رسماً سيستم SI ( مخفف SI از نام فرانسوي سيستم بين المللي گرفته شده است ) را پذيرفته است . اما واحدهاي انگليسي مهندسي ( مثل پوند و فوت ) همچنان در استفاده هاي روزانه ، مورد استفاده قرار مي گيرند .
قبل از اينکه وارد توضيح دادن در مورد اين اصطلاحات شويم ، نياز داريم که بر يک سري از اصول اوليه مروري بکنيم . ما با جرم شروع مي کنيم و با کار ادامه مي دهيم و نهايتاً به انرژي مي رسيم .
جرم چيست ؟

به طور کلي جرم به عنوان ميزان ماده اي که يک جسم يا شيء شامل مي شود ، معني مي شود . ( تعداد کامل ذرات ريز اتمي الکترون ، پروتون و نوترون در شيء ) . اگر شما جرم خودتان را در گرانش زمین ضرب کنيد ، وزن تان را به دست مي آوريد . بنابراين اگر وزن بدن شما نوسان دارد ( به علت خوردن يا ورزش کردن ) در واقع اين به علت تعداد اتمهاست که تغيير مي کند .
مهم است که بدانيد جرم به محل شما در فضا بستگي ندارد . جرم بدن شما در ماه برابر جرم شما در زمين است چون تعداد اتمهايش ثابت است . به عبارت ديگر ، جاذبه ي زمين ، همان طور که از زمين دور مي شويد ، کاهش مي يابد . بنابراين شما مي توانيد با تغيير ارتفاع خود ، وزن تان را از دست دهيد ، اما جرم شما همان که بوده است ، هست . شما مي توانيد با زندگي روي ماه هم وزن تان را از دست دهيد ، اما همچنان جرم شما ثابت است
جرم براي محاسبه ي شتاب گيري اجسام وقتي به آنها نيرو وارد مي کنيم ، مهم است . چه چيزي تعيين مي کند که به چه سرعت يک خودرو مي تواند سرعت بگيرد ؟ احتمالاً شما مي دانيد که اتومبيل شما وقتي 5 نفر بزرگسال در آن باشد ، نسبت به وقتي که 1 نفر باشد ، آهسته تر سرعت مي گيرد . پس از آن که در مورد نيرو صحبت کرديم ، در مورد ارتباط جرم ، نيرو و شتاب صحبت خواهيم کرد .
نيرو چيست ؟

يک نمونه از نيرو که همه با آن آشنا هستند ، وزن است . اين همان نيرويي است که زمین بر شما اعمال مي کند . دو چيز جالب در مورد اين نيرو وجود دارد :
1 ـ اين نيرو شما را به سمت پايين مي کشد يا دقيق شما را به سمت مرکز زمين مي کشد .
2 ـ اين نيرو متناسب با جرم شماست . اگر جرم بيشتري داشته باشيد ، زمين شما را با نيروي بيشتري مي کشد .
وقتي که شما بر روي يک ترازوي حمام ( ترازوهاي وزن کشي عقربه اي معمولي ) قدم مي گذاريد ، شما يک نيرو بر ترازو وارد مي کنيد . نيرويي که شما بر ترازو وارد مي کنيد ، يک فنر را مي فشرد و عقربه را تکان مي دهد . وقتي که يک توپ بيسبال را پرتاب مي کنيد ، به آن نيرويي را وارد مي کنيد که موجب سرعت گرفتن آن مي شود .
يک موتور هواپيما نيرويي توليد مي کند که هواپيما را در هوا رو به جلو هول مي دهد . يک تاير اتومبيل نيرويي به زمين وارد مي کند که موجب حرکت اتومجبيل در مسير مستقيم مي شود .
نيرو موجب شتاب مي شود . اگر شما يک نيرو به ماشين اسباب بازي وارد کنيد ، مثلاً : ( با دست خود آن را هل دهيد ) ، شروع به حرکت مي کند . ممکن است ساده به نظر آيد ، اما اين يک حقيقت خيلي مهم است .
حرکت اين خودرو از قانون دوم ايزاک نيوتون پيروي مي کند که اساس مکانيک کلاسيک را تشکيل مي دهد . قانون دوم نيوتون مي گويد که شتاب يک جسم ( با علامت اختصاري a بر گرفته از acceleration ) در رابطه مستقيم با نيروي اعمال شده ( با علامت اختصاري F برگرفته از Force ) است و با جرم ( با علامت اختصاري m برگرفته از mass ) رابطه ي عکس دارد .
در نتيجه هر چقدر نيروي بيشتري اعمال کنيد ، شتاب بيشتري خواهيد داشت . و جرم بيشتر ، شتاب کمتري را موجب مي شود . معمولاً قانون دوم نيوتون به صورت فرمول روبرو خلاصه مي شود .
f=ma يا a=f/m
( f : نيرو و m : جرم و a: شتاب )
واحدهاي رايج براي جرم :
1g=0.001kg Gram(g) : SI سيستم
( پوندمس ) kg=2.2 Lbm kilogram(kg)
1kg=0.0685 slug
سيستم انگليسي :
1lbms=0.4536kg pound mass(1bm)
1slug=14.5939kg slug(slug)
واحدهاي رايج نيرو :
1N=0.225lb newton (N) : سيستم SI
1lb=4.448N POUND(lb) : سيستم انگليسي
به افتخار کار بزرگ نيوتون ، واحد استاندارد نيرو در سيستم SI ، نيوتون ناميده شد . يک نيوتون نيروي ، براي اينکه به يک جسم يک کيلوگرمي شتاب 1 متر بر مجذور ثانيه () داده شود ، کافي است .
در واقع ، اين همان مفهوم واقعي نيرو و جرم است . يک کيلوگرم ميزان وزني است که يک نيوتون نيرو شتاب 1 متر بر مجذور ثانيه مي دهد . در واحدهاي انگليسي يک اسلاگ ( slug ) ميزان جرمي است که 1 پوند نيرو ( پوند فورس ) شتاب 1 فوت بر مجذور ثانيه () توليد مي کند . و يک پوند جرم ، ميزان جرمي است که 1 پوند نيرو به آن شتاب 32 فوت بر مجذور ثانيه () مي دهد .
زمين به جسم هاي در حال سقوط نيروي کافي وارد مي کند تا شتاب 9/8 متر بر مجذور ثانيه يا 32 فوت بر مجذور ثانيه بگيرند . اين نيروي گرانشي اغلب در معادلات با علامت g نشان داده مي شود . اگر جسمي را از يک تخته سنگ پايين پرتاب کنيد ، به ازاي هر ثانيه اي که در حرکت رو به پايين باشد ، سرعت 9/8 متر بر ثانيه افزايش مي يابد . بنابراين اگر در مدت زمان 5 ثانيه سقوط کنيد ، در هنگام رسيدن به زمين 49 متر بر ثانيه سرعت دارد . که اين ميزان شتاب مناسبي است . اگر يک خودرو بتواند چنين شتابي داشته باشد ، مي تواند در کمتر از 3 ثانيه به سرعت 97 کيلومتر در ساعت يا 60 مايل برسد . ( هم اکنون در دنيا خودروهاي انگشت شماري چنين توانايي عجيبي دارند و به اعضاي باشگاه 3 ثانيه اي معروف هستند ) .
نيروهاي زياد :

معمولاً وقتي ما درباره ي نيرو صحبت مي کنيم ، بيش از يک نيرو درگير هستند ، و اين نيروها در مسيرهاي مختلفي اعمال مي شوند . اجازه دهيد که کمي با دقت تر به قضيه بپردازيم . وقتي که خودرو ثابت است ، گرانش نيرويي رو به پايين به خودرو وارد مي کند ( اين نيرو بر تمام قسمت هاي خودرو وارد مي شود اما براي سادگي آن را بر مرکز جرم وارد شده ، در نظر مي گيريم . ) اما زمين هم نيروي برابر و البته در جهت مخالفي بر اتومبيل وارد مي کند ، پس خودرو هيچ حرکتي نمي کند .
وقتي که خودرو شروع به شتاب گرفتن مي کند ، چند نيروي جديد هم وارد بازي مي شوند . چرخ هاي عقبي ( که نيروي موتور به آنها وارد مي شود ) نيرويي معکوس بر زمين در راستاي افقي وارد مي کنند . اين ، خودرو را مجبور به آغاز شتاب گيري مي کند . وقتي خودرو در حال آهسته حرکت کردن است ، تقريباً همه ي نيروها براي شتاب دادن به خودرو ، عمل مي کنند .
خودرو بر اين شتاب باقي مي ماند . آن هم با استفاده از نيرويي که از حاصل ضرب جرم در شتاب به دست مي آيد . ( براي ديدن انيميشن اين قسمت و بقيه ي قسمت ها ، به سايت منبع مراجعه کنيد . متاسفانه انيميشن ها قابل دانلود نبود ) . وقتي که خودرو شروع به حرکت مي کند ، هوا نيرويي را بر خلاف حرکت اتومبيل به آن وارد مي کند ، که با افزايش سرعت اتومبيل ، اين نيرو افزايش مي يابد . اين نيروي آئروديناميکي در خلاف جهت نيروهايي که تايرها وارد مي کنند ( نيرويي که خودرو را به پيش مي برد ) ، وارد مي شود . بنابراين اين نيروي وارد شده از طرف هوا از نيروي تايرها کم مي شود و نيروي کمتري براي شتاب گيري باقي مي ماند .
سرانجام خودرو به حداکثر سرعت خود مي رسد ، نقطه اي که ديگر در آن نمي تواند شتاب گيري داشته باشد . در اين نقطه نيروي پيشران اتومبيل برابر نيروي آئروديناميکي مي شود و هيچ نيروي اضافي براي شتاب گيري خودرو باقي نمي ماند .
تورک چيست ؟

تورک نيرويي است که مايل است اجسام را بگرداند ( حول يک نقطه ) يا بچرخاند ( حول خودشان ) ، شما وقتي که يک اچار فرانسه را استفاده مي کنيد ، نيروي تورک توليد مي کنيد . سفت کردن مهره هاي چرخ اتومبيل مثال خوبي است . وقتي که يک اچار فرانسه را استفاده مي کنيد ، نيرويي را به دسته آن وارد مي کنيد . اين نيرو ، يک تورک ( گشتاور ) بر مهره ايجاد مي کند که مايل است مهره را بچرخاند .
واحد انگليسي تورک ( گشتاور ، torque) پوند اينچ يا پوند فوت است . واحد SI تورک ، نيتون متر است . توجه کنيد که واحدهاي تورک ، شامل فاصله و نيرو مي شوند .براي محاسبه ي تورک ( گشتاور ، TORQUE) شما بايد فقط نيرو را در فاصله از مرکز ضرب کنيد . در مثال مهره ، اگر طول دسته آچار فرانسه 1 فوت باشد و شما نيروي 200 پوند فورس را بر آن اعمال کنيد ، شما گشتاور يا تورک 200 پوند فوت را اعمال کرده ايد . اگر شما از آچاري با طول دسته ي 2 فوت استفاده کنيد ، نياز به 100 پوند فورس نيرو براي توليد 200 پوند ـ فوت گشتاور يا ( تورک ) داريد .
يک موتور خودرو نيروي تورک توليد مي کند و از آن براي چرخاندن ميل لنگ استفاده مي کند . اين تورک ( گشتاور ) هم دقيقاً از همان راه توليد مي شود . نيرو در يک فاصله اعمال مي شود . اجازه دهيد باز هم دقيق تر نگاه کنيم . احتراق سوخت در سيلندر ، فشاري بر پيستون وارد مي کند . اين فشار ، نيروي بر پيستون وارد مي کند که آن را به پايين هل مي دهد .
اين نيرو از پيستون به دسته ي پيستون ( شاطون ) و از شاطون به ميل لنگ منتقل مي شود .
اگر احتمالاً تا کنون پيش آمده باشد که خواسته باشيد ، پيچ محکم چرخ خودروي خود را شل کنيد ، مي دانيد بهترين جا براي آچار ، قرار دادن آن به صورت افقي است . سپس بايد در انتهاي دسته ي آچار بايستيد و به آن نيرو اعمال کنيد و اين يعني به آن گشتاور ( تورک ) وارد کنيد . با اين کار و ايستادن در انتهاي آچار ، شما داريد تمام وزن بدن خود را به عنوان نيرو بر انتهاي آچار در فاصله اي به طول دسته آچار وارد مي کنيد . اگر شما دسته آچار را دقيقاً رو به بالا و در راستاي عمودي قرار مي داديد و سپس در انتهاي دسته مي ايستاديد ، ( فرض کنيد بتوانيد تعادل خود را حفظ کنيد ) ، هيچ شانسي براي شل کردن آن مهره نداريد . اين کار به اين معني است که شما دقيقاً روي پيچ بايستيد .
واحدهاي رايج براي تورک ( گشتاور يا Torque)

Newton meter (Nm) : سيستم SI
1Nms 0.737 1b-ft
pound-inch (1b-in) : سيستم انگليسي
1 1b-in =0.113 Nm
pound-foot(1b-ft)
1lb-fts=1.336Nm
کار چيست ؟

کاري که ما اين جا از آن صحبت مي کنيم ، کار از منظر فيزيک است . منظورمان کارهاي خانه ، کارهاي روزانه ، شغل شما يا هر نوع ديگري از کار نيست .
کار به طور ساده ، کاربرد نيرو در يک فاصله است . فاصله فقط وقتي به حساب مي آيد که در راستاي نيرويي که شما اعمال کرده باشيد ، قرار داشته باشد . برداشتن يک وزنه از زمين و قرار دادن آن در يک طاقچه مثال خوبي از کار است . نيرو برابر وزن جسم است و فاصله ي مذ کور ، برابر ارتفاع طاقچه است . اگر وزنه در اتاق ديگري بود و شما بايد آن را بر مي داشتيد و از اين اتاق به اتاق ديگر مي رفتيد تا آن را داخل طاقچه بگذاريد ، کار انجام شده برابر با زماني بود که شما وزنه را از پايين طاقچه بلند مي کرديد و در طاقچه مي گذاشتيد . ممکن است احساس کنيد که شما کار بيشتري انجام داده ايد ، اما چون وقتي که حرکت مي کرده ايد و وزنه را در دست داشتيد ، نيروي وزن وزنه رو به پايين بوده است و در راستاي حرکت شما نبوده است ، شما کار بيشتري انجام نداده ايد .
اتومبيل شما هم کار انجام مي دهد . وقتي که حرکت مي کند بايد نيرويي وارد کنند تا نيروي اصطکاک و آئروديناميکي را خنثي کند . وقتي که خودروي شما از تپه اي بالا مي رود ، همان نوع کاري را انجام مي دهد که وقتي شما وزنه را بلند مي کرديد ، انجام مي داديد . اما وقتي که از تپه پايين مي آيد ، کاري را که انجام داده است ، دريافت مي کند . تپه به خودرو کمک مي کند که به پايين برگردد .
کار انرژي است که استفاده شده است . وقتي کار انجام مي دهيد ، انرژي مصرف مي کنيد . اما بعضي مواقع ، انرژي اي که شما استفاده مي کنيد ، قابل بازيابي است . وقتي اتومبيل به بالاي تپه مي رود ، کاري که براي بالا رفتن از تپه انجام مي دهد ، به آن کمک مي کند که به پايين برگردد . انرژي و کار رابطه ي نزديکي با هم دارند .
واحدهاي کار همان واحدهاي انرژي هستند ، که بعداً در مورد آنها بحث خواهيم کرد .
توان ( Power) چيست ؟
توان مقياسي است براي اندازه گيري سرعت انجام کار . با استفاده از يک دسته شما مي توانيد ، 200 پوند ـ فوت تورک ( گشتاور ) توليد کنيد . اما آيا شما مي توانيد آن دسته را 3000 بار در دقيقه بچرخانيد ؟ اين دقيقاً همان چيزي است که موتور خودروي شما انجام مي دهد .
واحد SI براي توان ، وات ( watt) با علامت اختصاري w است . يک وات به واحدهايي که قبلاً از آنها صحبت کرده ايم ، قابل تجزيه است . يک وات برابر 1 نيوتون متر بر ثانيه 1Nm/s است . شما مي توانيد ميزان تورک ( گشتاور ) را در سرعت دوران ضرب کنيد تا توان را بر حسب وات به دست آوريد . يک راه ديگر که به بررسي توان بپردازيم اين است که آن را به عنوان واحدي از سرعت که با واحدي از نيرو ترکيب شده است ، تلقي کنيم . اگر در حال هل دادن جسمي با نيروي 1 نيوتون هستيد و آن جسم با سرعت 1 متر بر ثانيه حرکت کند ، توان خروجي شما 1 وات است .
يک راه جالب براي اينکه بفهميد چقدر توان خروجي داريد ، اين است که ببينيد چقدر سريع از پلکان بالا مي رويد .
1 ـ ارتفاع پله هايي که شما را 3 طبقه بالاتر مي برند ، اندازه بگيريد .
2 ـ وقتي که با تمام سرعت ممکن خود از پله ها بالا مي رويد ، زمان را ثبت کنيد .
3 ـ ارتفاعي که طي کرده ايد را بر زمان ريدن به طبقه ي سوم تقسيم کنيد . که سرعت شما به دست مي آيد .
به طور مثال اگر 15 ثانيه طول کشيده که از ارتفاع 10 متري بالا رويد ، سرعت شما 66 /0 متر بر ثانيه بوده است ( فقط سرعت شما در راستاي افقي مهم است ) . حالا نياز داريد که بدانيد چقدر نيرو براي آن 10 متر اعمال کرده ايد و از آنجا که تنها چيزي که با خود از پله ها بالا کشيده ايد ، خودتان هستيد ، اين نيرو برابر وزن شماست . براي فهميدن ميزان توان خروجي تان ، وزن تان را در سرعت تان ضرب کنيد . ( حروف داخل پرانتز ، واحدها هستند ) .
( N) وزن X ( (S) زمان / ( m) ارتفاع پله ها ) = ( w) توان
550 / وزن (ib) ضرب در ( ( s) زمان / ( m) ارتفاع پله ها ) = توان ( hp يا اسب بخار )
واحدهاي رايج توان :

watts(w) : سيستم SI
1000WS 1KW
Kilowatt(kw(
( اسب بخار ) 1kw=1.341hp
: سيستم انگليسي
( اسب بخار يا hp) Horse power
1hp=0.749kw
انرژي چيست ؟

انرژي آخرين قسمت از حماسه ي معرفي اصطلاحات علمي ما در اين مقاله است . ما همه ي چيزهايي که در بالا بيان کرديم ، در اين نقطه نياز داريم تا انرژي را توضيح دهيم .
اگر توان شبيه قدرت يک وزنه بردار است ، انرژي مثل پايداري اوست . انرژي مقياسي براي اين است که چقدر مي توانيم قدرت خروجي داشته باشيم يا چقدر کار مي توانيم انجام دهيم . توان نرخي است که در آن کار را انجام مي دهيم . يکي از واحدهاي رايج براي انرژي کيلووات ساعت kilo watt -hour)(kwh) است . در قسمت آخري ، ياد گرفتيد که کيلووات ( kw ) واحد توان است . اگر ما در حال استفاده از توان 1 کيلووات ( kw) هستيم ، يک کيلو وات ساعت ( kwh) ، يک ساعت طول مي کشد . اگر ما 10 کيلو وات ( kw ) توان به کار بريم ، ما آن کيلووات ساعت ( kwh) يا انرژي را فقط در 6 دقيقه تمام خواهيم کرد .
دو نوع انرژي وجود دارد : پتانسيل ( potential) و جنبشي ( kinetic)
انرژي پتانسيل :

انرژي پتانسيل انتظار براي تبديل به توان است . بنزين داخل يک مخزن سوخت ، غذاي داخل معده ي شما ، يک فنر فشرده شده و يک وزنه ي آويخته شده از درخت ، همگي مثال هايي از انرژي پتانسيل هستند .
بدن انسان يک نمونه از دستگاه تبديل انرژي است . بدن غذا را به توان تبديل مي کند ، که مي تواند براي انجام کار استفاده شود . موتور يک خودرو بنزين را به توان تبديل مي کند که آن هم براي انجام کار مي تواند مورد استفاده قرار گيرد . يک ساعت پاندولي ، دستگاهي است که انرژي ذخيره شده در وزنه ي آويزان را براي انجام کار به کار مي گيرد .
وقتي که يک جسم را بالاتر مي بريد ، آن جسم انرژي پتانسيل بيشتري در خود ذخيره مي کند . هر چه قدر آن را بالاتر مي بريد ، و هر چه قدر که سنگين تر باشد ، انرژي بيشتري ذخيره مي کند . براي مثال اگر يک توپ بولينگ را 1 اينچ بالا برديد و آن را روي سقف خودروي خود رها کرديد ، چندان آسيبي وارد نمي کند ( هرگز چنين آزمايشي را انجام ندهيد ، اما اگر توپ را 100 فوت بالا برديد و آن را روي سقف خودرو انداختيد ، يک تورفتگي بزرگ در سقف خودرو ايجاد مي شود . توپي که از ارتفاع بيشتري رها شده است ، انرژي بيشتري دارد . بنابراين با افزايش ارتفاع يک جسم ، انرژي پتانسيل آن را افزايش مي دهيد .
اجازه دهيد به همان آزمايش بالا رفتن از پله ها و تواني که استفاده کرده بوديم ، برگرديم . راه ديگري براي اينکه ببينيم چگونه توان مان را محاسبه کرديم وجود دارد : ما محاسبه خواهيم کرد ، وقتي که بدن خود را به ارتفاع مشخصي بالا برديم ، چقدر انرژي پتانسيل در آن ذخيره شده است . اين ميزان انرژي همان کاري است که با بالا رفتن از پله ها انجام داده ايم . ( نيرو X فاصله يا وزن ما X ارتفاع پله ها ) . پس از آن ما محاسبه کرديم که چقدر طول کشيد تا اين کار را انجام دهيم ، و اين راهي بود که توان را به دست آورديم . به خاطر داشته باشيد که توان نرخي است که در آن کار را انجام مي دهيم .
فرمول محاسبه ي انرژي پتانسيل ( PE ) در زماني که ارتفاع شما افزايش مي يابد ، مي شود : ارتفاع X نيرو = PE . در اين آزمايش ، نيرو با وزن شما برابر است که آن هم برابر جرم شما ( m) ضرب در شتاب جاذبه است (g) است و فاصله هم برابر تغيير ارتفاع ( h) است .
بنابراين فرمول مي تواند به اين صورت نوشته شود :
PE=mgh
انرژي جنبشي :

انرژي جنبشي ، انرژي حرکت است . اجسام در حال حرکت ، مثل يک قطار ، داراي انرژي جنبشي ( KE) هستند . اگر اتومبيلي با سرعت 5 مايل بر ساعت به ديواري بخورد ، نبايد آسيب زيادي به آن وارد شود . اما اگر با رسعت 40 مايل بر ساعت به ديوار بخورد ، تقريباً جلوي آن جمع مي شود .
انرژي جنبشي ، شبيه انرژي پتانسيل است . وزن بيشتر جسم و حرکت سريعتر آن ، انرژي جنبشي بيشتري به دنبال خواهد داشت . فرمول انرژي جنبشي ( KE ) به اين صورت است . KE=1/2xmv که در آن m جرم جسم و v سرعت جسم است . نکته ي جالب اينجاست که انرژي جنبشي با مجذور ( توان دوم ) سرعت ، متناسب است . اين بدان معناست که اگر يک اتومبيل 2 برابر سريع تر برود ف انرژي جنبشي آن 4 برابر مي شود . احتمالاً تاکنون متوجه شده ايد که خودروي شما براي رشيدن از سرعت صفر به 20 مايل در ساعت نسبت به وقتي که مي خواهد از 40 مايل به 60 مايل برسد ، بهتر شتاب گيري مي کند . اجازه بدهيد که مقايسه کنيم چه مقدار انرژي جنبشي در هر يک از اين سرعت ها مورد نياز است . در نگاه اول ممکن است بگوئيد در هر دو حالت خودرو در حال افزايش سرعت خود به ميزان 20 مايل بر ساعت است .
بنابراين انرژي مورد نياز براي هر دو حالت افزايش يکسان است . اما به واقع اينگونه نيست .
براي اينکه انرژي جنبشي مورد نياز براي افزايش سرعت از صفر به 20 مايل بر ساعت را به دست آوريم ، انرژي جنبشي در هر دو سرعت را محاسبه مي کنيم و از هم کم مي کنيم ، در مورد اول داريم :
در مورد دوم داريم :
با مقايسه ي اختلاف ها متوجه مي شويم که براي حالت دوم به 5 برابر انرژي حالت اول نياز داريم .
عوامل بسيار ديگري براي تعيين شتاب يک جسم موثر هستند ، مثل مقاومت هوا ، که البته آن هم با افزايش سرعت ، افزايش مي يابد . ضريب دنده مشخص مي کند که در يک سرعت معين چه مقدار از قدرت موتور در اختيار باشد ، و قدرت يدک کشي گاهي محدود کننده تر است . بنابراين مسئله ي خيلي پيچيده تر از انجام يک محاسبه ي انرژي جنبشي ساده است .
اما محاسبه ي انرژي جنبشي ، تفاوت در زمان شتاب گيري را توضيح مي دهد .
در مورد انرژي ، گشتاور و ... مسائل و نکات جالب تر و سرگرم کننده تري در کتاب هاي فيزيک و مکانيک يافت مي شود . در پايان نگاهي به واحدهاي انرژي مي اندازيم .
واحدهاي رايج انرژي :

Newton meter (NM) 1NM=1g : سيستم SI
Joule(J) 1 j=0.239 cal
calorie (cal) 1cal =4.184J
( وات ساعت wh) watt hours
1wh=3600J
1kwh=3412BTV
foot-pound(ft1b): سيستم انگليسي
1ft1b=1.356Nm
( واحد گرما در سيستم انگليسي BTV) British Thermal whit
1BTV=1055J
1BTV=0.0002931 kwh
منبع : How stuff works.com

[م ر ف]