3.8. TÖÖ, VÕIMSUS ja ENERGIA

Füüsika uurib looduses eksisteerivaid objekte (ainelised ning väljalised) ja seda, mis nendega toimub. Selle juures eristatakse kahte mõistet — seisund ja protsess. Seisund ehk olek iseloomustab objekti või mitmest objektist koosnevat süsteemi ühel kindlal ajahetkel. Seisund on näiteks raamatu lebamine laual, auto liikumine kindla mingi kindla kiirusega, gaasi olemine konkreetsel rõhul ja temperatuuril. Kui aga seisund muutub, on tegemist protsessiga. Protsessiks nimetatakse üleminekut ühest seisundist teise. Kui seisund on seotud kindla ajahetkega, siis protsess toimub mingi ajavahemiku kestel.

Kui keha liigub, siis me saame rääkida tema liikumisolekust, mida iseloomustab liikumise suund ning kiirus. Kui aga liikuvale kehale mõjuvad teised kehad, siis vastastikmõju tagajärjel liikumisolek muutub. Vastastikmõju võib muuta nii liikumissuunda, liikumiskiirust kui ka keha kuju (kujumuutus on samuti liikumine). Liikumise muutumine vastastikmõju tagajärjel on protsess. Antud juhul toimuvat protsessi nimetatakse mehaaniliseks tööks. Tööks nimetatakse protsessi, kus keha liigub jõu mõjul. Siin tuleb tähele panna, et füüsika mõttes tehakse tööd vaid siis, kui on täidetud mõlemad tingimused: keha liigub ja kehale mõjub jõud. Kui me hoiame käes rasket kohvrit, ei tee me vaatamata väsimisele mehaanilist tööd, kuna liikumine puudub.

Tehtud töö hulka saab arvuliselt kirjeldada ja ka mõõta. Seega võib tööd väljendada füüsikalise suurusena. Kui keha liigub jõu mõjul, siis tehtav töö on võrdeline mõjuva jõu suurusega F (seisundi muutmiseks vajaliku pingutusega) ning teepikkusega s (seisundi muutumise määraga). Tööd tähistatakse valemis tähega A (Arbeit — saksa k. töö). Eeltoodu põhjal saab juhul, kui keha liigub jõu mõjumise suunas, tööd atvutada valemist:

A = F·s

Töö mõõtühikuks on inglise füüsiku James Joule nime järgi džaul (1 J). Mehaanilise tööga seonduvat õpime lähemalt tundma järgmises füüsikakursuses.

Võimsus kui töö tegemise kiirus

Kui autokoormatäis ehituskive on vaja tõsta kolmandal korrusel müüri laduvate töömeeste juurde, tuleb teha tööd. Kui need kivid tassib üles üks töömees, võib selle töö tegemine mitu tundi aega võtta. Kraana saab sama tööga hakkama vaid mõnekümne sekundiga. Kraana on suuteline tööd kiiremini tegema. Toodud näites võib öelda, et kraana on töömehest suurema võimsusega. Võimsuseks nimetatakse füüsikalist suurust, mis iseloomustab töö tegemise kiirust. Võimsuse tähiseks valemites on N. Kui mingi kogus tööd A tegemiseks kuilub ajavahemik t, saab võimsust arvutada valemist

.

Võimsuse mõõtühikuks on vatt (1 W). Inimese võimsus pikemalt kestval töötamisel on umbes 100 W, automootori võimsus 20 - 200 kW ning lennuki Boeing 737 mootorite võimsus koguni 35 MW. Ka võimsusega seonduvat õpime lähemalt tundma järgmises füüsikakursuses.

Energia

Töö on protsess, mille käigus keha seisund ehk olek muutub. Samas on mõnes seisundis olev keha võimeline tööd tegema. Näiteks surub haamer tänu liikumisele naela puu sisse ning väänatud vedru lükkab ukse kinni. Kui keha on seisundis, mis annab talle võime tööd teha, siis öeldakse, et keha omab energiat. Energiaks nimetatakse füüsikalist suurust, mis iseloomustab keha võimet teha tööd. Tööd saab teha ainult siis, kui keha omab energiat, tööd tehakse energia arvel. Töö tegemise käigus energia muutub ja selle muutuse suurus on võrdne tehtava töö hulgaga. Kuna energia on otseselt seotud tehtava tööga, on tema mõõtühik sama, mis tööl. Energia mõõtühik on džaul (1 J).

Kehad ja mitmest kehast koosnevad süsteemid võivad energiat omada tänu nende liikumisele või vastastikmõjule.

Liikumisenergiat nimetatakse kineetiliseks energiaks (κινητικός — kreeka k. liikuma panija). Kineetilist energiat omavad näiteks sõitev auto, lendav püssikuul ja pöörlev hooratas.

Vastastikmõju energiat nimetatakse potentsiaalseks energiaks (potentia — ladina k. võime). Potentsiaalset energiat omavad näiteks ülestõstetud sangpomm, vinnastatud vedru ja tõukuvad magnetid