功與動能

功、變力所做的功、動能與功能定李、功率

馬力(Horse power)

馬力(Horse power)
國立師範大學物理系博士後研究員胡耿銘

定義

馬力是功率的單位,又俗稱為“匹”,源自英語 $$\bf{horse~power}$$ 翻譯而來,概念上是指一匹馬所做功的功率。而一般最常見被提到的馬力定義上有兩種,英制馬力與公制馬力。

  • 英制馬力(horsepower,簡寫成 $$\bf{HP(I)}$$):$$1$$ 英制馬力的功率等量於在 $$1$$ 分鐘(minute)的時間內做了將一個 $$33000$$ 磅重(pound weight)的物體舉起 $$1$$ 呎(foot)的功。
  • 公制馬力(metric horsepower):根據DIN 66036的定義1,2,$$1$$ 公制馬力(PS)的功率等量於在 $$1$$ 秒(second)的時間內做了將一個 $$75$$ 公斤重(kgw)的物體舉起 $$1$$ 公尺(meter)的功。

功率(Power)

功率(Power)
國立臺灣大學物理系陳昱璟

簡介

功率(Power)是能量轉換或是使用的速率,以單位時間所消耗的能量大小來表示。國際標準制(SI)的單位為瓦特(Watt),用來紀念蒸汽引擎的設計人十八世紀英國著名發明家詹姆斯‧瓦特(James Watt)。瓦特數越高代表單位時間所消耗的能量越高。

單位

除了國際標準制的功率單位瓦特($$W$$)等於一焦耳每秒其他功率單位還包括:爾格每秒($$erg/s$$),等於 $$10^{-7}$$ 瓦特;馬力($$hp$$),也就是一分鐘將 $$550$$ 磅的重物提高一英尺所需的功率,約等於 $$746$$ 瓦特;分貝毫瓦($$dBm$$),這是以一毫瓦為基準的對數值;此外還有卡每小時(或是千卡每小時)、英熱單位每小時($$Btu/h$$)、以及冷凍噸,而一冷凍頓約等於 $$3,517~kW$$,常用在冷氣或空調系統。

動能 〈Kinetic Energy〉

動能 〈Kinetic Energy〉
台北市立第一女子高級中學物理科張清俊老師/國立彰化師範大學洪連輝教授責任編輯

動能是物質運動時所具有的能量,可視為「外力和對物體作功」所轉換能量的表現。

由於動能是速度的函數,因此除了受到本身的運動模式(移動或轉動)影響外,也和觀察角度有關,而且在不同的速度範圍(相對論)或尺度範圍(量子力學)也需改變所用的計算形式,一般而言,在古典力學中將動能定義為 $$E_k=\frac{1}{2}{mv^2}$$,其中 $$m$$ 代表質量、$$v$$ 代表速度,其SI標準單位為焦耳 $$J$$ 或 $$kg\cdot m^2/s^2$$,要注意的是這裡所描述的必須是質點或不轉動的物體,並且具有固定質量。

世紀論戰–動能與動量之爭(The Dispute between Kinetic Energy and Momentum Theory of Motion)

世紀論戰–動能與動量之爭(The Dispute between Kinetic Energy and Momentum Theory of Motion)
國立台南第一高級中學物理科羅焜哲老師/國立臺灣師範大學物理系蔡志申教授責任編輯

動量和動能,都是度量物體運動的物理量。它們在度量物體的運動時,都涉及到物體的質量 $$(m)$$ 和速度 $$(v)$$。那麼,為什麼既要引入動量又要引入動能呢?正如同光是波動說與粒子說之爭,動能與動量這兩種物理量的爭論,長達半個多世紀,多位著名的數學家、物理學家、哲學家都參加了這場爭辯。

動能(Kinetic Energy)

動能(Kinetic Energy)
台中縣常春藤高級中學物理科李品慧老師/國立彰化師範大學物理學系洪連輝教授責任編輯

物體運動時所擁有的能量稱為動能(Kinetic Energy)。動能也常被定義為當某物體由靜止狀態轉變為此運動速率的狀態所需要的功(Work)。物體運動時是依據速率的改變而產生不同的動能大小,換句話說,一個物體的動能只有在速率改變時才會跟著改變。
19世紀中期,一位法國數學、科學、工程學家科里奧利(Gaspard-Gustave de Coriolis)是第一位提出「功」和「動能」的觀點。1892年,科里奧利出版一本以數學理論觀點進一步說明動能的書—「Du Calcul de l’Effet des Machines」。書中他對動能的定義為物體質量的二分之一乘其速度的平方(KE=mv2/2)。幾十年後,同是數學物理學家、工程師的威廉湯姆森(William Thomson)更進一步驗證科里奧利的想法是正確的。