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在物理学中,功是力与位移的乘积。只有当力在位移方向上有分量时,才做功。我们先来看一个例子:水平匀速移动的物体。在数值方向上,合力为零,因此数值方向上的力,如重力和支持力,不做功。而在水平方向上,绳子给物体的拉力T与摩擦力f是一对平衡力。
动滑轮可以分为两种情况。第一种是省力动滑轮。它的结构是绳子一端固定在墙上,动力F拉动滑轮轴上的物体。支点在滑轮的下方,动力臂是圆的直径,阻力臂是圆的半径。因此动力臂是阻力臂的两倍,省力但费距离。
第二种情况是费力动滑轮。动力F直接拉动滑轮的边缘,而物体连接在滑轮轴上。支点在滑轮的上方,动力臂是圆的半径,阻力臂是圆的直径。因此动力臂是阻力臂的一半,费力但省距离。
来看一个例题计算。已知阻力f等于30牛。如果是费力滑轮,则动力F等于2倍阻力f,也就是60牛。物体移动距离为80厘米,绳子自由端移动距离为40厘米。
现在我们来看如何计算克服重力做功。将一块砖从平放推倒竖起。推力做的功是为了克服重力做功。当物体重心超过临界点后,它会自行倒下,不再需要推力。由于推力是变力,不能直接使用W等于F乘S计算。我们通过重心高度变化来计算。
根据砖的尺寸,高20厘米,宽10厘米,使用勾股定理计算对角线BD。BD等于根号下宽的平方加高的平方,等于根号下0.01加0.04,等于根号下0.05米。假设砖块质量m等于2千克,g等于10牛每千克,则克服重力做的功W等于mgh等于0.236焦耳。
做功有快慢之分,需要用功率来比较物体做功的快慢。功率表示物体做功的快慢。功率大表示做功快,功率小表示做功慢。完成相同功时,功率大的所需时间少。
功率的符号是大写字母P。注意小写字母p通常表示压强。功率的单位是瓦特,也就是W。家用电器如吹风机1600瓦,微波炉700到1000瓦,空调1000瓦。瓦数越大通常越费电。
功率是物体在单位时间内所做的功。定义式为P等于W除以t。其中W是功,单位是焦耳;t是时间,单位是秒;P是功率,单位是瓦特。推导式P等于F乘S除以t,以及W等于P乘t。