能量与效率:追踪去了哪里
约 12 分钟
能量分析关注系统发生变化时,能量从哪里来、以什么形式储存或转移、最后到哪里。所谓“能量损失”通常不是消失,而是转成不易利用的内能、声音等形式。明确系统边界是列能量账本的第一步。
功是能量转移方式
力在其方向上使物体发生位移,才对物体做功。举着书水平走,手对书的竖直支持力与水平位移垂直,在理想分析中不对书做机械功;人感到累来自身体内部过程。
效率小于等于百分之百
效率是有用能量输出与总输入之比。先定义“有用”对应任务:起重机提升重物的重力势能是有用输出,电机发热和声音多为非目标转化。效率不是功率,做得快也不必然更高效。
功率描述快慢
相同功在不同时间完成,功率不同。爬同一楼层,跑上去与走上去增加的重力势能近似相同,跑步时间短所以平均功率大。
能量链
电池小车中,化学能经电路转为电能,电机转为机械能,同时产生热和声。画能量流图能找到改进位置,如减少轴摩擦或导线接触不良。
不要双重计算
选择机械能方法或功—能关系时,确认同一转化没有既算成势能变化又重复算作外力功。符号和系统边界要前后一致。
实验:估算自己爬楼的平均功率,列测量量、公式、误差和“人体总效率为何不能由这几个量直接得到”。
小纸条
物理中说能量“损失”为什么不代表能量消失?