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物理学名词)
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功(英语:work),也叫机械功,是物理学中表示力对物体作用的空间的累积的物理量,功是标量,大小等于力与物体在力的方向上通过的距离的乘积,国际单位制单位为焦耳。“功”一词最初是法国数学家古斯塔夫·科里奥利创造的。
如果一个物体受到力的作用,并在力的方向上发生了一段位移,我们就说这个力对物体做了功。
在一维运动(即在一条直线上的运动)中,如果物体因为力F从A运动到B,位移了x,物体做了W的功。
(可以理解为在一段时间dt内的位移距离为翻泪墓担dx,当dt趋于0时,v是瞬时速度)
(可理解为在一段时间dt内的增加速度为dv,当dt趋于0时,a是瞬时加速度)
如果物体受乎整夜到的力合力为F,而初运动和末运动的位移方向与F相同,那么这个物体做正功;
如果物体受到的力合力为F,而初运动和末运动的位移方向与F相反,那么这个物体做负功;
在三维运动(即在一个空间中的运动)中,如果物体因为力F从A运动到B,位移了r,物体做了W的功,
(初中阶段,力方向与位移方向的夹角为0,即α=0°,cos0°=1,所以
F是恒定力(即始终不改变的力),s是物体位移,从A到B,α是F与x轴夹角,θ是s与x轴夹角,如果我们令θ=0,那么只需要取s是正方向,垂直于s的是y轴就可以了,那么第二项就为0,AB=s=x,故
注:功的公式只能计算一个力或一个合力所做的功,如要算总功,需用速度与质量的公式。
力作用在物体上,物体在这个力的方向上移动了一段距离,力学里就说这个力做了功。 即使存在力,也可能没有做功。例如,在匀速圆周运动中,向心力没有做功,因为做圆周运动的物体的动能没有发生变化。同样的,桌上的一本书,尽管桌对书有支持力,但因没有位移而没有做功。
总的来说不做功的情况有三种:不劳无功、有劳无功和垂直无功。(不劳无功:只移动了距离,但在这移动的方向上没产生力,即0*Fs·cosα=0焦耳;有劳无功:只有力,却在力的方向上没有移动一定的距离,F*0scosα=0焦耳;垂直无功:物体既受到力,又通过一段距离,但两者方向互相垂直,Fscos90°=Fs*0=0焦耳。)
热传导不被认为是做功,因为能量被转化成了微观原子的振动而非宏观的位移。
力与物体在力的方向上通过的距离的乘积称为机械功(mechanical work),简称功。
功定义为力与位移的内积。其中,W 表示功,F 表示力,而dx 表示与外力同方向的微小位移;上式应表示成路径积分,a 是积分路径的起始点,b 是积分路径的终点。为了了解物体受力作用,经过一段距离后所产生的效应,而阀婆迎定义出功的概念。
功是标量,所以功的正、负不表示方向。功的正负也不表示功的大小。它宙端剃仅仅表示是动力对物体做功还是阻力对物体做功,或者说是表示力对物体做了功还是物体克服这个力做了功。若要比较做功的多少,则要比较功的绝对值,绝对值大的做功多,绝对值小的做功少。功是能量变化的量度,做功的多少反映了能量变化的多少,功的正负则反映了能量转化的方向(注意:不是空间的方向)
判断一个力对物体是否做功,可根据该力和物体位移方向的夹乃匪愉定角是否为90°,或力与物体速度方向的夹角是否总是90°来确认力是否对物体做功。夹角大于90°时功为负,夹角小于90°时功为正。
国际单位制中功的单位为焦耳(J)。焦耳被定义为用1牛顿的力对一物体使其发生1米的位移所做的机械功的大小。量纲相同的单位牛·米有时也使用,但是一般牛·米用于力矩,使其跟功和能区别开。
在国际单位中,功的单位是焦耳,简称‘焦’,符号为J,单位为J 1J=1N·m 由英国物理学焦耳(James Prescott joule,1818~1889)对科学的贡献而命名的。
非国际单位制单位包括尔格、英尺·磅、千瓦小时(kW·h)、大气压力、马力小时(HP·h)。而由于具有相同的物理量─热能,偶尔会见到以热量热能形式表示的测量单位,如:卡路里(cal)、BTU等。
一个物体对外做了多少功,它就减少了多少能量。反之,外界对一个物体做了多少功,这个物体的能量就增加了多少。(功与能单位相同)
1、词条作者:戴宗信.《中国大百科全书》74卷(第一版)力学 词条:功:中国大百科全书出版社,1987 :182页
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