החוברת · דף לימוד
כוח מול אנרגיה
מדעים · כיתה ח׳ · פרק 11: אנרגיה, סביבה ושינוי אקלים
שני מושגים קרובים אך שונים מאוד
למה זה מבלבל?
הרבה תלמידים מבלבלים בין כוח (Force) לאנרגיה (Energy). זה לא מפתיע - שני המושגים קשורים, אבל הם לא אותו דבר!
בואו נבין את ההבדל ואת הקשר ביניהם דרך מושג שלישי - עבודה (Work).
- כוח: דחיפה או משיכה שיכולה לשנות מצב תנועה. נמדד ב-ניוטון (N)
- אנרגיה: היכולת לבצע עבודה או לגרום לשינוי. נמדדת ב-ג'ול (J)
- עבודה: כוח שפועל על פני מרחק. מחברת בין כוח לאנרגיה: W = F × d
כוח מול אנרגיה - ההבדלים
כוח
הגדרה:
דחיפה או משיכה שפועלת על גוף. כוח יכול לשנות את מהירות, כיוון או צורת הגוף.
יחידת מידה:
ניוטון (N)
1N = הכוח שדרוש כדי להאיץ מסה של 1 ק"ג ב-1 מ'/שנ²
סוג גודל:
וקטור - יש לו גודל וכיוון
משך זמן:
כוח יכול לפעול רגע אחד או כל הזמן
• דחיפת ספר על השולחן
• משיכה במשקולת
• כוח הכבידה על עפרון
• רוח שדוחפת עלה
אנרגיה
הגדרה:
היכולת לבצע עבודה או לגרום לשינוי. אנרגיה יכולה להיות מאוחסנת או בתנועה.
יחידת מידה:
ג'ול (J)
1J = האנרגיה שצריך כדי להפעיל כוח של 1N על מרחק של 1 מטר
סוג גודל:
סקלר - יש לו רק גודל, אין כיוון
שימור:
אנרגיה נשמרת - לא נוצרת ולא נעלמת, רק מתחלפת בין סוגים
• אנרגיה קינטית של כדור נע
• אנרגיה פוטנציאלית של ספר על מדף
• אנרגיה כימית בסוללה
• אנרגיה תרמית במים חמים
הכלל: כוח הוא הפעולה, אנרגיה היא היכולת לבצע אותה!
עבודה - הגשר בין כוח לאנרגיה
בעגה הפיזיקלית, המושג "עבודה" (Work) מהווה טרמינולוגיה להעברה ישירה של אנרגיה כמותית בין גופים, והיא מתרחשת אך ורק כאשר כוח מופעל על גוף במקביל לציר תנועתו (W = F × d), כך שנוצרת המרה או תוספת אנרגטית.
עבודה היא העברת אנרגיה באמצעות כוח!
טבלת השוואה - כוח, אנרגיה, עבודה
| מאפיין | כוח | אנרגיה | עבודה |
|---|---|---|---|
| הגדרה | דחיפה/משיכה | יכולת לבצע עבודה | כוח × מרחק |
| יחידת מידה | ניוטון (N) | ג'ול (J) | ג'ול (J) |
| סוג גודל | וקטור (יש כיוון) | סקלר (אין כיוון) | סקלר (אין כיוון) |
| שימור | לא נשמר | נשמר! | אינה נשמרת |
| דוגמה | דחיפת ארגז | אנרגיה בסוללה | הרמת תיק |
שימו לב: אנרגיה ועבודה נמדדות באותה יחידה (ג'ול) כי עבודה = שינוי באנרגיה!
דוגמאות מהחיים - איך מזהים?
הרמת תיק בית ספר
כוח: היד שלך מפעילה כוח כלפי מעלה על התיק
עבודה: אתה עושה עבודה על התיק כשאתה מרים אותו
אנרגיה: התיק מקבל אנרגיה פוטנציאלית גרביטציונית
עמידה עם ספר ביד
כוח: היד מפעילה כוח כלפי מעלה על הספר (מאזנת את כוח הכבידה)
עבודה: אפס! הספר לא זז, אז אין עבודה
אנרגיה: יש לספר אנרגיה פוטנציאלית (אבל לא משתנה)
דחיפת עגלת קניות
כוח: אתה דוחף את העגלה קדימה
עבודה: אתה עושה עבודה על העגלה ← היא זזה!
אנרגיה: העגלה מקבלת אנרגיה קינטית (תנועה)
כדור נופל
כוח: כוח הכבידה פועל על הכדור כלפי מטה
עבודה: כוח הכבידה עושה עבודה על הכדור
אנרגיה: אנרגיה פוטנציאלית ← אנרגיה קינטית
למה לעמוד עם תיק כבד מעייף, אם לא עושים עבודה?
אם דוחפים קיר בכוח של 200 ניוטון במשך שעה, כמה עבודה נעשתה?