How does work...work? - Peter Bohacek

کار ... چگونه کار می‌کند!؟ - پیتر بوهاچک

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Translator: Ali Hosseini Reviewer: soheila Jafari

In Physics,

در علم فیزیک،

the concepts of work and power help us understand

مفاهیم کار و توان به ما کمک می‌کند تا

and explain lots of things in our universe.

چیزهای زیادی را در جهان درک کرده و آنها را توضیح دهیم.

Let's start with work.

اجازه دهید که با کار شروع کنیم.

Positive work is the energy we put into a system,

کار مثبت انرژی است که آن را به یک سیستم می‌دهیم،

and negative work is energy that is transferred out.

و کار منفی انرژی ست که به بیرون منتقل می‌شود.

Think of positive work as money being added to your bank account,

فرض کنید که کار مثبت پولی‌ست که در حساب بانکی‌تان قرار می‌دهید،

and negative work as money taken out.

و کار منفی پولی‌ست که از حساب تان بر می‌دارید.

In the metric system,

در سیستم متریک،

work and energy are measured in Joules.

انرژی و کار با واحد ژول اندازه گیری می‌شوند.

As an example, let's take a beautiful, old, mechanical grandfather clock.

برای مثال، ساعت مکانیکی قدیمی و زیبای پاندولی (ساعت پدربزرگ) را درنظر بگیرید.

We transfer energy into the clock

ما انرژی را به ساعت می‌دهیم

when we turn the crank

با چرخش محور

to raise the heavy metal cylinders inside the clock.

استوانه سنگین فلزی درون ساعت بلند شود.

When we do this, we are doing positive work,

وقتی این کار را می‌کنیم، کار مثبت است،

adding energy to the clock,

افزودن انرژی به ساعت،

and that energy is stored as gravitational potential energy.

و اینکه انرژی در حالت پتانسیل گرانشی ذخیره می‌شود.

We can calculate the amount of work done by multiplying the force we apply

می‌توانیم میزان کار انجام شده را محاسبه کنیم

times the distance over which we apply the force.

با ضرب نیروی وارد شده در فاصله که نیرو اعمال می‌شود.

To raise the metal cylinders,

تا استوانه فلزی را بالا ببریم،

we need to apply a force equal to their weight.

لازم است تا نیرویی مساوی با وزن آن وارد کنیم.

That is, equal to the force of gravity

این نیرو مساوی نیروی جاذبه است

pulling downward on the cylinders.

که استوانه را به پایین می‌کشد.

These cylinders weight 300 Newtons,

این استوانه‌ها ۳۰۰ نیوتن وزن دارند،

which is pretty heavy,

که نسبتاً سنگینند،

about as much as a small child,

هم وزن بچه‌ای کوچک،

and if we lift them 1/2 meter,

و اگر آن را نیم متر بلند کنیم،

then we do 300 Newtons

باید ۳۰۰ نیوتن را

times 1/2 meter

در ۰/۵ متر ضرب کنیم

or 150 Joules of work.

تا ۱۵۰ ژول کار داشته باشیم.

Power is the rate at which energy is transferred.

توان نرخی است که انرژی انتقال می‌یابد.

When we say rate,

وقتی می‌گوییم نرخ،

we mean the amount of energy transferred

یعنی میزان انرژي انتقال یافته

per unit of time.

در واحد زمان.

In the metric system, power is measured in

در سیستم متریک، توان به واحد

Joules per second,

ژول بر ثانیه

or Watts.

یا وات است.

The term Watt goes back to James Watt,

واژه وات به «جیمز وات» باز می‌گردد،

who came up with the concept of horsepower

او «ایده اسب بخار» را مطرح ساخت

to measure the amount of power

تا توانی را اندازه بگیرد

produced by a typical work horse.

که از کار اسبی معمولی بدست می‌آمد.

James Watt was a producer of industrial steam engines,

جیمز وات سازنده موتورهای بخار بود،

and he wanted his potential customers

و می‌خواست مشتری‌های او

to be able to make comparisons

بتوانند مقایسه‌ای را

between his steam engines and a familiar quanity,

بین موتورهای بخار و موارد مشابه بکنند،

the power they could get from a working horse.

مثل توانی که از کار اسب بدست می‌آید.

It was such a useful idea

آن ایده بسیار مفید بود

that the metric system unit for power, the Watt,

به نحوی که سیستم متریک واحد توان را «وات» گذاشت،

is named after James Watt.

که از نام جیمز وات گرفته شده بود.

Following in James Watt's footsteps,

حال مسیر وات را دنبال کنیم،

let's compare the amount of power it takes

بیایید مقایسه‌ای بین توان لازم برای

to run this grandfather clock

راه‌اندازی ساعت پاندولی

to the power we'd need to run

و توان مورد نیاز برای

a bright, 100-Watt light bulb.

روشن کردن لامپ ۱۰۰ واتی بکنیم.

We can measure the power a person uses

ما می‌توانیم توان مصرفی شخصی را

to wind the clock

که فنر ساعت را می‌چرخاند

by dividing the amount of work they did

از تقسیم میزان کار آنها به زمانی که

by the time it took them to do it.

برای انجامش لازم است، بدست آوریم.

If it takes 1 minute, or 60 seconds,

اگر یک دقیقه یا ۶۰ ثانیه طول بکشد،

to lift the weights,

تا وزن را بلند کنیم،

then they are doing 150 Joules

پس ۱۵۰ ژول کار انجام می‌شود

divided by 60 seconds,

که به ۶۰ تقسیم شده،

or 2.5 Joules per second of work.

و هر ثانیه ۲/۵ ژول کار می‌شود.

They are adding energy to the clock

انرژی وارد به ساعت

in the rate of 2.5 Watts.

برابر با ۲/۵ وات است.

You would need about 40 times as much

اما شما ۴۰ برابر این مقدار را

to run a bright, 100-Watt light bulb.

برای روشن نمودن لامپ ۱۰۰ وات نیاز دارید.

Before we let the clock run,

قبل از اینکه بگذاریم ساعت کار کند،

the energy is stored

انرژی به شکل

as gravitational potential energy of the cylinders.

پتانسیل گرانشی در استوانه‌ها ذخیره می‌شود.

It's like your bank account

مثل حساب بانکی شما

when you have just deposited money.

وقتی پول به آن واریز می‌کنید.

But if we let the clock run,

اما اگر ساعت کار کند،

the cylinders slowly move downward.

استوانه‌ها به آرامی پایین می‌آیند.

Energy is leaving the clock.

انرژی از ساعت بیرون می‌رود.

In fact, when the cylinders get to the bottom,

در حقیقت، وقتی استوانه‌ها کاملاً پایین آمدند،

all the energy that we put in will have left.

انرژی آن کاملاً تخلیه می‌شود.

So how much power does the clock use?

خوب، توان مصرفی ساعت چقدر است؟

That is, how many Joules of energy per second leave the clock

جواب، میزان تخلیه انرژی ساعت دیواری در هر ثانیه است

if it takes 5 days for the cylinders to return to their original position?

اگر ۵ روز بگذرد تا استوانه‌ها به جایگاه اولیه بازگردند چطور؟

We can figure this out

می‌توانیم آن را بیابیم

because we already know how much work we did

چرا که می‌دانیم چه مقدار کار انجام دادیم

when we lifted the cylinders:

وقتی استوانه‌ها را بلند کردیم:

150 Joules.

۱۵۰ ژول.

But this time, it took 5 days rather than a minute.

اما این بار نه یک دقیقه بلکه ۵ روز طول می‌کشد

Five days is 5 times 24

۵ روز برابر با ۵ ضربدر ۲۴

times 60

ضربدر ۶۰

times 60 again

و دوباره ضربدر ۶۰ است.

or 432,000 seconds.

که ۴۳۲ هزار ثانیه می‌شود.

So we divide the work done by the time

پس ما کار انجام شده را به زمان تقسیم می‌کنیم

and find the answer of about 0.00035 Joules per second,

و جواب ۰/۰۰۰۳۵ ژول در ثانیه را می‌یابیم،

or about 0.35 milliwatts.

که همان ۰/۳۵ میلی وات است.

That's a tiny amount of power.

این مقدار توان بسیار کوچک است.

This clock uses so little power

این ساعت توان بسیار کمی را مصرف می‌کند

that you could run almost 300,000 clocks

و شما می‌توانید تقریباً ۳۰۰ هزار ساعت را راه بیاندازید

using the same power it takes to run one 100-Watt light bulb.

با همان میزان توان مصرفی لازم برای روشن نگه داشتن لامپ ۱۰۰ واتی.

That's right, you could run a clock in every house

دقیقاً! شما در هر خانه‌ای می‌توانید ساعتی را

in a medium sized city with that much power.

در شهری معمولی با این توان راه بیاندازید.

That's a pretty amazing conclusion

این نتیجه گیری فوق العاده‌ای است

and it took knowledge of work

و دانش مسأله کار

and power to figure it out.

و توان برای یافتنش لازم بود.