Energija i rad

Različite pojave u prirodi, poput gravitacijskih, elektromagnetskih, nuklearnih ili onih unutar jezgre moguće je opisati velikim brojem točnih zakona. Bez obzira na različitost prirodnih pojava, sve se one podvrgavaju nekim općim principima, odnosno zakonima. Jedan od tih općih principa je i princip očuvanja. Princip očuvanja vrijedi za električni naboj, količinu gibanja, energiju itd.

Bilo koji zakon očuvanja možemo jednostavno opisati:

Postoji jedan broj, točnije fizička veličina, koju je u nekom trenutku moguće izračunati ili izmjeriti i ta će veličina u bilo kojem sljedećem trenutku imati istu vrijednost, bez obzira kakvi su se jednostavni ili složeni procesi s tom veličinom u međuvremenu odvijali.

Energija

Koncept energije je jedan od najvažnijih koncepata u fizici. Iako je teško formulirati što je energija, mi ju u fizici uspješno koristimo za rješavanje mnogih problema. Ne koristimo ju samo u fizici, nego u svim prirodnim znanostima.
Svako tijelo ima neki oblik ili vrstu energije.
Postoje različite vrste i oblici energije: kemijska energija, energija vjetra, vode, plime i oseke, geotermalna energija (toplinska energija u unutrašnjosti Zemlje), energija Sunca itd.
U mehanici energija postoji u dva oblika, kao kinetička i kao potencijalna energija.
Energiju karakteriziraju pretvorbe iz jednog oblika u drugi.

Da bismo koncept energije mogli koristiti, moramo usvojiti i znati primijeniti sljedeće činjenice:

• Energiju je moguće izmjeriti i izračunati
• Energija može prelaziti iz jednog oblika u drugi
• Energija je uvijek očuvana

Rad kao promjena energije

Prijelaz energije s jednog tijela ili sustava tijela na drugo tijelo ili sustav, kvantitativno iskazujemo pomoću rada. Ako neko tijelo ima energiju, ono može izvršiti rad.
Rad definiramo kao promjenu energije, pa kažemo da je rad energija u prijelazu.
Općenito, rad kojega izvrši jedno tijelo djelujući na drugo, možemo prikazati kao promjenu energije tog drugog tijela: \[W=E_{2}−E_{1}.\] \(E_{1}\) - energija drugog tijela prije djelovanja prvog tijela.
\(E_{2}\) - energija drugog tijela nakon djelovanja prvog tijela.
Znak za rad \(W\), dok je jedinica za rad i energiju džul. Znak za džul je \(\textrm{J}\).

Pozitivan i negativan rad

Pokazali smo da se rad koji je na nekom tijelu ili sustavu izvršen, može prikazati kao:
W = E2 - E1.

U kakvom odnosu mogu biti te energije? Moguća su tri slučaja:

• E2 > E1
  Energija tijela se povećala, odnosno, na tijelu je izvršen rad, pa je on pozitivan: W > 0.
• E2 < E1
  Energija tijela se smanjila, odnosno, tijelo je izvršilo rad, pa je on negativan: W < 0.
• E2 = E1
  Izvršeni rad jednak je nuli: W = 0. Nema međudjelovanja tijela s nekim drugim tijelom.

Predznak rada možemo odreti i pomoću orijentacija sile koja na tijelo djeluje i njegove brzine:

• Ako je orijentacija sile jednaka orijentaciji brzine, brzina tijela se povećava, pa se i energija povećava.
  Rad je pozitivan.
• Ako je orijentacija sile suprotna orijentaciji brzine, brzina tijela se smanjuje, pa se i energija smanjuje.
  Rad je negativan.
• Ako na tijelo sila ne djeluje, energija mu se ne mijenja.
  Rad je jednak nuli.

Aplet

Trenje između kutije i podloge je zanemareno pa se kutija se giba jednolikom brzinom.

Pokrenite simulaciju.
Koliki je rad izvršio dječak?

\(W=\)