How does work...work? - Peter Bohacek

Transcriber: Andrea McDonough Reviewer: Bedirhan Cinar

Переводчик: Вадим Гузик Редактор: Ростислав Голод

In Physics,

В физике

the concepts of work and power help us understand

понятия работа и энергия помогают нам постичь

and explain lots of things in our universe.

и объяснить многое о нашей Вселенной.

Let's start with work.

Начнём с работы.

Positive work is the energy we put into a system,

Положительная работа — это полученная системой энергия,

and negative work is energy that is transferred out.

а отрицательная работа — это энергия отданная.

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

Представьте себе положительную энергию как деньги, положенные на счёт в банке,

and negative work as money taken out.

а отрицательную — как деньги, снятые со счёта.

In the metric system,

В метрической системе

work and energy are measured in Joules.

работу и энергию измеряют в джоулях.

В качестве примера возьмём изящные старинные механические дедушкины часы.

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

We transfer energy into the clock

Мы придаём часам энергию,

when we turn the crank

когда заводим завод,

to raise the heavy metal cylinders inside the clock.

поднимая тяжёлые гири внутри часов.

When we do this, we are doing positive work,

Мы совершаем положительную работу,

adding energy to the clock,

придавая энергию часам.

and that energy is stored as gravitational potential energy.

Эта энергия хранится в виде потенциальной энергии силы тяжести.

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

Мы можем измерить работу путём умножения применяемой силы

times the distance over which we apply the force.

на расстояние, на котором мы эту силу применяем.

Чтобы поднять металлические гири,

To raise the metal cylinders,

we need to apply a force equal to their weight.

нам необходимо применить силу, равную их весу,

That is, equal to the force of gravity

то есть равную силе притяжения,

pulling downward on the cylinders.

тянущей эти гири вниз.

These cylinders weight 300 Newtons,

Эти гири весят 300 Ньютонов,

which is pretty heavy,

что достаточно много,

about as much as a small child,

практически, как маленький ребёнок,

and if we lift them 1/2 meter,

а когда мы поднимаем их на полметра,

then we do 300 Newtons

мы применяем 300 Ньютонов

times 1/2 meter

на половину метра

or 150 Joules of work.

или 150 Джоулей работы.

Power is the rate at which energy is transferred.

Сила — это уровень передачи энергии.

When we say rate,

Когда мы говорим «уровень»,

we mean the amount of energy transferred

мы подразумеваем количество переданной энергии

per unit of time.

за единицу времени.

In the metric system, power is measured in

В метрической системе энергия измеряется

Joules per second,

в Джоулях в секунду

or Watts.

или Ваттах.

The term Watt goes back to James Watt,

Единица Ватт названа в честь Джеймса Уатта,

who came up with the concept of horsepower

того, кто ввёл понятие «лошадиной силы»

to measure the amount of power

для измерения количества энергии,

produced by a typical work horse.

производимого обычной рабочей лошадью.

James Watt was a producer of industrial steam engines,

Джеймс Уатт разрабатывал паровую машину

and he wanted his potential customers

и хотел, чтобы потенциальные клиенты

to be able to make comparisons

могли сравнить

between his steam engines and a familiar quanity,

действие парового двигателя с привычным им

the power they could get from a working horse.

количеством энергии, производимым рабочей лошадью.

It was such a useful idea

Идея оказалась настолько полезной,

that the metric system unit for power, the Watt,

что в метрической системе единицу измерения энергии назвали Ваттом

is named after James Watt.

в честь Джеймса Уатта.

Following in James Watt's footsteps,

Давайте уподобимся Джеймсу Уатту

let's compare the amount of power it takes

и сравним количество энергии,

to run this grandfather clock

требуемое для завода дедушкиных часов,

to the power we'd need to run

с энергией, которая бы нам потребовалась

a bright, 100-Watt light bulb.

для обеспечения яркого свечения лампочки мощностью в 100 Ватт.

We can measure the power a person uses

Мы можем измерить силу, применяемую человеком,

to wind the clock

заводящим часы,

by dividing the amount of work they did

разделив проделанную работу

by the time it took them to do it.

на затраченное время.

If it takes 1 minute, or 60 seconds,

Если потребуется 1 минута или 60 секунд

to lift the weights,

на поднятие гирь,

then they are doing 150 Joules

то мы получим 150 Джоулей,

divided by 60 seconds,

поделённых на 60 секунд,

or 2.5 Joules per second of work.

или 2,5 Джоуля в секунду работы.

They are adding energy to the clock

Мы придадим энергию часам

in the rate of 2.5 Watts.

с мощностью в 2,5 Ватта.

Вам потребуется примерно в 40 раз больше на то,

You would need about 40 times as much

to run a bright, 100-Watt light bulb.

чтобы ярко горела лампочка 100 Ватт.

Before we let the clock run,

Прежде чем часы пойдут,

the energy is stored

мы накопим энергию

as gravitational potential energy of the cylinders.

в виде потенциала силы тяжести цилиндров.

It's like your bank account

Это как банковский счёт,

when you have just deposited money.

когда на него положили деньги.

But if we let the clock run,

Когда часы пойдут,

the cylinders slowly move downward.

цилиндры будут медленно опускаться.

Energy is leaving the clock.

Энергия уходит из часов.

In fact, when the cylinders get to the bottom,

На деле, когда цилиндры достигнут самой низкой точки,

all the energy that we put in will have left.

вся энергия, которую мы придали часам, закончится.

So how much power does the clock use?

Так сколько энергии требуется часам?

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

Или сколько Джоулей энергии в секунду покидают часы,

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

если для возвращения гирь в исходное положение требуется 5 дней?

We can figure this out

Это можно рассчитать,

because we already know how much work we did

поскольку мы знаем, какую работу мы проделали,

when we lifted the cylinders:

подняв цилиндры —

150 Joules.

150 Джоулей.

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

Но сейчас нам потребовалась не 1 минута, а пять дней.

Five days is 5 times 24

Пять дней умножить на 24,

times 60

умножить на 60

times 60 again

и опять — на 60,

or 432,000 seconds.

получим 432 000 секунд.

So we divide the work done by the time

Поделим работу на время

and find the answer of about 0.00035 Joules per second,

и получим ответ в 0,00035 Джоуля в секунду

or about 0.35 milliwatts.

или 0,35 милливатта.

That's a tiny amount of power.

Это крошечная энергия.

This clock uses so little power

Часам требуется настолько мало энергии,

that you could run almost 300,000 clocks

что можно запустить 300 000 часов,

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

используя такое же количество энергии, которое потребуется лампочке в 100 Ватт.

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

Да, этой энергии хватит на то,

in a medium sized city with that much power.

чтобы обставить часами каждый дом среднего по размерам городка.

That's a pretty amazing conclusion

Весьма любопытное заключение,

and it took knowledge of work

для которого нам потребовалось знание работы

and power to figure it out.

и энергии, чтобы во всём разобраться.