Aitwaye baada ya mwanafizikia wa Uingereza James Edward Joule, joule (J) ni moja ya vitengo vya kimsingi vya mfumo wa metri ya kimataifa. Joule hutumiwa kama kitengo cha kazi, nishati, na joto, na hutumiwa sana katika matumizi ya kisayansi. Ikiwa unataka jibu lako kwenye joules, hakikisha kila wakati tumia vitengo vya kawaida vya kisayansi. Pound ya mguu au kitengo cha joto cha Briteni (BTU) bado kinatumika katika nyanja zingine, lakini sio katika kazi yako ya nyumbani ya fizikia.
Hatua
Njia 1 ya 5: Kuhesabu Kazi katika Joules
Hatua ya 1. Elewa kazi katika fizikia
Ikiwa unasukuma sanduku kupitia chumba, umejitahidi. Ikiwa unainua sanduku juu, umefanya juhudi pia. Kuna vigezo viwili muhimu ambavyo lazima viwepo katika "biashara":
- Unatoa mtindo thabiti.
- Nguvu hii hufanya vitu kusonga katika mwelekeo sawa na nguvu.
Hatua ya 2. Elewa ufafanuzi wa biashara
Jitihada ni rahisi kuhesabu. Ongeza tu nguvu na umbali wa jumla wa kitu ambacho amesafiri. Kawaida, wanasayansi wanaelezea nguvu huko Newtons na umbali wa mita. Ikiwa unatumia vitengo hivi vyote, kitengo cha kazi kinachosababishwa ni Joules.
Wakati wowote unaposoma swali juu ya biashara, simama na fikiria juu ya mtindo uko wapi. Ikiwa unainua sanduku, unasukuma juu ili sanduku liende juu. Kwa hivyo, umbali ambao sanduku husafiri ni jinsi ilivyoinuka juu. Walakini, wakati mwingine unapotembea mbele na sanduku, hakuna juhudi yoyote inayofanyika katika mchakato huu. Hata ikiwa bado unasukuma sanduku juu ili kuizuia isidondoke, haiendi tena
Hatua ya 3. Tafuta wingi wa kitu kinachohamishwa
Uzito wa kitu unahitajika kuhesabu nguvu inayohitajika kuhama. Katika mfano wetu, tuseme mzigo una uzito wa kilo 10 (kg).
Epuka kutumia paundi au vitengo vingine visivyo vya kawaida, au jibu lako la mwisho halitakuwa kwenye joules
Hatua ya 4. Hesabu mtindo
Nguvu = misa x kuongeza kasi. Katika mfano wetu, kuinua uzito moja kwa moja, kuongeza kasi tunayofanya ni kwa sababu ya mvuto, ambayo katika hali ya kawaida huharakisha kitu kushuka kwa mita 9.8 / sec.2. Hesabu nguvu inayotakiwa kuhamisha mzigo wetu kwa kuzidisha (10 kg) x (9.8 m / s2= 98 kg m / s2 = 98 newtons (N).
Ikiwa kitu kinahamishwa kwa usawa, mvuto hauna athari. Shida inaweza kukuuliza uhesabu nguvu inayotakiwa kupinga msuguano. Ikiwa shida inakuambia kuongeza kasi kwa kitu kama inasukuma, unaweza kuzidisha kasi inayojulikana na umati wake
Hatua ya 5. Pima uhamishaji uliosafiri
Kwa mfano huu, tuseme mzigo umeinuliwa hadi urefu wa mita 1.5 (m). Uhamaji lazima upimwe kwa mita, au jibu lako la mwisho halitakuwa kwenye joules.
Hatua ya 6. Zidisha nguvu kwa kuhama
Kuinua uzito wa newton 98 mita 1.5 juu, unahitaji kufanya 98 x 1.5 = 147 joules za kazi.
Hatua ya 7. Hesabu kazi iliyofanyika kusonga kitu kwa pembe fulani
Mfano wetu hapo juu ni rahisi: mtu ana nguvu ya mbele kwenye kitu, na kitu kinasonga mbele. Wakati mwingine, mwelekeo wa nguvu na mwendo wa kitu sio sawa, kwa sababu kuna vikosi kadhaa vinavyofanya kazi kwenye kitu hicho. Katika mfano unaofuata, tutahesabu idadi ya joules zinazohitajika kwa mtoto kuvuta sled mita 25 kupitia theluji tambarare kwa kuvuta kamba juu kwa pembe ya 30º. Kwa shida hii, fanya kazi = nguvu x cosine (θ) x uhamishaji. Alama ni herufi ya Uigiriki theta, na inaelezea pembe kati ya mwelekeo wa nguvu na mwelekeo wa mwendo.
Hatua ya 8. Pata jumla ya nguvu inayotumika
Kwa shida hii, tuseme mtoto anavuta kamba kwa nguvu ya newtons 10.
Ikiwa shida ina nguvu upande wa kulia, nguvu ya juu, au nguvu katika mwelekeo wa mwendo, basi nguvu hizi tayari zinahesabu sehemu ya x cosine (θ) ya nguvu, na unaweza kuruka mbele na kuendelea kuzidisha maadili
Hatua ya 9. Hesabu nguvu inayolingana
Mitindo michache tu huvuta sled mbele. Kamba inapoelekea juu, nguvu nyingine inajaribu kuivuta, kuivuta dhidi ya mvuto. Hesabu nguvu iliyotumika katika mwelekeo wa mwendo:
- Katika mfano wetu, pembe kati ya theluji tambarare na kamba ni 30º.
- Mahesabu ya cos (θ). cos (30º) = (√3) / 2 = takriban 0.866. Unaweza kutumia kikokotoo kupata thamani hii, lakini hakikisha kikokotoo chako kinatumia vitengo sawa na kipimo chako cha pembe (digrii au mionzi).
- Ongeza nguvu jumla x cos (θ). Katika mfano wetu, 10 N x 0.866 = 8.66 vikosi katika mwelekeo wa mwendo.
Hatua ya 10. Zidisha nguvu x kuhamishwa
Sasa kwa kuwa tunajua nguvu inayoendelea katika mwelekeo wa mwendo, tunaweza kuhesabu kazi kama kawaida. Shida yetu inatuambia kuwa kombeo linasonga mbele kwa mita 20, kwa hivyo hesabu 8.66 N x 20 m = 173.2 joules za kazi.
Njia 2 ya 5: Kuhesabu Joules kutoka Watts
Hatua ya 1. Elewa nguvu na nguvu
Watt ni kitengo cha nguvu au kiwango cha matumizi ya nishati (nishati iliyogawanywa na wakati). Wakati Joule ni kitengo cha nishati. Kubadilisha Watts kuwa Joules, unahitaji kuamua wakati. Kadiri umeme wa sasa unapita, ndivyo nishati inavyotumiwa zaidi.
Hatua ya 2. Zidisha Watts kwa sekunde kupata Joules
Kifaa 1 Watt kitatumia 1 Joule ya nishati kila sekunde 1. Ukizidisha idadi ya Watts kwa sekunde, utapata Joules. Ili kujua ni nguvu ngapi taa ya 60W hutumia kwa sekunde 120, unahitaji tu kuzidisha watts 60 x sekunde 120 = 7,200 Joules.
Fomula hii inaweza kutumika kwa nguvu yoyote iliyoonyeshwa kwa Watts, lakini kwa jumla kwa umeme
Njia 3 ya 5: Kuhesabu Nishati ya Kinetic katika Joules
Hatua ya 1. Elewa nishati ya kinetiki
Nishati ya kinetic ni kiwango cha nishati kwa njia ya mwendo. Kama vitengo vingine vya nishati, nishati ya kinetic inaweza kuandikwa kwenye joules.
Nishati ya kinetic ni sawa na kiwango cha kazi iliyofanywa ili kuharakisha kitu tuli kwa kasi fulani. Mara kitu kinapofikia kasi hiyo, kitu hicho kitadumisha kiwango fulani cha nishati ya kinetiki hadi nishati igeuke kuwa joto (kutoka msuguano), nguvu inayowezekana ya mvuto (kutoka kwa kusonga dhidi ya mvuto), au aina zingine za nishati
Hatua ya 2. Pata wingi wa kitu
Kwa mfano, tunapima nguvu ya kinetic ya baiskeli na baiskeli. Kwa mfano, mpanda farasi ana uzito wa kilo 50, na baiskeli yake ina uzito wa kilo 20, kwa jumla ya m ya kilo 70. Sasa, tunawaona wawili kama kitu kimoja chenye uzito wa kilo 70 kwa sababu wote watasonga kwa kasi moja.
Hatua ya 3. Hesabu kasi
Ikiwa tayari unajua kasi au kasi ya mwendesha baiskeli, andika tu na usonge mbele. Ikiwa unahitaji kuhesabu kasi, tumia njia moja hapa chini. Kumbuka kuwa tunatafuta kasi, sio kasi (ambayo ni kasi katika mwelekeo uliopewa), ingawa kifupi v hutumiwa mara nyingi. Puuza zamu zozote anazotengeneza baiskeli na kudhani umbali wote umefunikwa kwa laini moja kwa moja.
- Ikiwa mwendesha baiskeli anatembea kwa mwendo wa mara kwa mara (sio kuongeza kasi), pima umbali anayesafiri mwendesha baiskeli kwa mita, na ugawanye kwa idadi ya sekunde itachukua kufikia umbali huo. Hesabu hii itatoa kasi ya wastani, ambayo katika kesi hii ni sawa na kasi ya haraka.
- Ikiwa mwendesha baiskeli hupata kasi ya mara kwa mara na haibadilishi mwelekeo, hesabu kasi yake kwa wakati t kutumia fomula ya kasi kwa wakati t = (kuongeza kasi) (t) + kasi ya awali. Tumia pili kupima muda, mita / pili kupima kasi, na m / s2 kupima kasi.
Hatua ya 4. Chomeka nambari hizi katika fomula ifuatayo
Nishati ya kinetic = (1/2) m v 2. Kwa mfano, ikiwa baiskeli anaenda kwa kasi ya 15 m / s, nishati yake ya kinetic EK = (1/2) (70 kg) (15 m / s)2 = (1/2) (70 kg) (15 m / s) (15 m / s) = 7875 kgm2/ s2 = 7875 mita newton = 7875 joules.
Fomula ya nishati ya kinetic inaweza kutolewa kutoka kwa ufafanuzi wa kazi, W = FΔs, na hesabu ya kinematic v2 = v02 + 2aΔs. s inawakilisha mabadiliko katika nafasi au umbali uliosafiri.
Njia ya 4 kati ya 5: Kuhesabu Joto katika Joules
Hatua ya 1. Pata wingi wa kitu kinachowashwa
Tumia mizani au mizani ya chemchemi kuipima. Ikiwa kitu ni kioevu, kwanza pima kontena tupu ambalo kioevu kiko na upate misa yake. Unahitaji kuiondoa kutoka kwa wingi wa chombo pamoja na kioevu ili kupata wingi wa kioevu. Kwa mfano huu, wacha tuseme kitu ni gramu 500 za maji.
Tumia gramu, sio vitengo vingine, au matokeo hayatakuwa joules
Hatua ya 2. Pata joto maalum la kitu
Habari hii inaweza kupatikana katika marejeleo ya kemia, katika fomu ya kitabu na mkondoni. Kwa maji, joto maalum la c ni joules 4.19 kwa gramu kwa kila digrii Celsius inawaka - au 4.1855, ikiwa unahitaji thamani halisi.
- Joto maalum hutofautiana kidogo kulingana na joto na shinikizo. Mashirika na vitabu tofauti hutumia halijoto tofauti, kwa hivyo unaweza kuona joto maalum la maji lililoorodheshwa kama 4.179.
- Unaweza kutumia Kelvin badala ya Celsius kwa sababu tofauti ya joto ni sawa kwa vitengo vyote viwili (inapokanzwa kitu kwa 3ºC ni sawa na inapokanzwa na 3 Kelvin). Usitumie Fahrenheit, au matokeo yako hayatakuwa kwenye mazungumzo.
Hatua ya 3. Pata joto la awali la kitu
Ikiwa kitu ni kioevu, unaweza kutumia kipima joto cha zebaki. Kwa vitu vingine, unaweza kuhitaji kipima joto cha uchunguzi.
Hatua ya 4. Pasha kitu na pima joto tena
Hii itapima faida ya joto ya kitu wakati wa joto.
Ikiwa unataka kupima jumla ya nishati iliyohifadhiwa kama joto, unaweza kudhani joto la awali ni sifuri kabisa: 0 Kelvin au -273.15ºC. Hii sio muhimu sana
Hatua ya 5. Ondoa joto la awali kutoka kwa joto la joto
Upunguzaji huu utasababisha kiwango cha mabadiliko ya joto kwenye kitu. Kwa kudhani maji hapo awali yalikuwa nyuzi 15 Celsius na moto hadi nyuzi 35 Celsius, joto hubadilika hadi nyuzi 20 Celsius.
Hatua ya 6. Zidisha wingi wa kitu kwa joto lake maalum na kwa ukubwa wa mabadiliko ya joto
Fomula imeandikwa Q = mc T, ambapo T ni mabadiliko ya joto. Kwa mfano huu, itakuwa 500g x 4, 19 x 20, au joules 41,900.
Joto huandikwa mara nyingi katika mfumo wa kalori au kilocalorie. Kalori hufafanuliwa kama kiwango cha joto kinachohitajika kuinua joto la gramu 1 ya maji kwa digrii 1 ya Celsius, wakati kilocalorie ni kiwango cha joto kinachohitajika kuinua joto la kilo 1 ya maji kwa digrii 1 ya Celsius. Katika mfano hapo juu, kuongeza joto la gramu 500 za maji kwa digrii 20 za Celsius itatumia kalori 10,000 au kilocalori 10
Njia ya 5 kati ya 5: Kuhesabu Joules kama Nishati ya Umeme
Hatua ya 1. Tumia hatua zifuatazo kuhesabu mtiririko wa nishati katika mzunguko wa umeme
Hatua zilizo hapo chini zimeorodheshwa kama mifano ya vitendo, lakini pia unaweza kutumia njia kuelewa shida zilizoandikwa za fizikia. Kwanza, tutahesabu nguvu P kutumia fomula P = I2 x R, ambapo mimi ni sasa katika amperes na R ni upinzani katika ohms. Vitengo hivi vinazalisha nguvu katika watts, kwa hivyo kutoka hapa, tunaweza kutumia fomula katika hatua ya awali kuhesabu nishati kwenye joules.
Hatua ya 2. Chagua kipinga
Resistors hupimwa kwa ohms, na saizi zimeandikwa moja kwa moja au zinawakilishwa na mkusanyiko wa mistari ya rangi. Unaweza pia kujaribu upinzani wa kontena kwa kuiunganisha na ohmmeter au multimeter. Kwa mfano huu, tunadhani kontena ni 10 ohms.
Hatua ya 3. Unganisha kontena kwa chanzo cha sasa
Unaweza kuunganisha waya kwenye kontena na kipande cha Fahnestock au kipande cha alligator, au unaweza kuziba kontena kwenye bodi ya mtihani.
Hatua ya 4. Mtiririko wa sasa kupitia mzunguko kwa muda fulani
Kwa mfano huu, tutatumia muda wa sekunde 10.
Hatua ya 5. Pima nguvu ya sasa
Fanya hivi kwa ammeter au multimeter. Mikondo mingi ya kaya hupimwa kwa milliamperes, au maelfu ya amperes, kwa hivyo tunafikiria sasa ni milliamperes 100 au 0.1 amperes.
Hatua ya 6. Tumia fomula P = I2 x R.
Ili kupata nguvu, ongeza mraba wa sasa na upinzani. Hii inasababisha pato la nguvu kwa watts. Squaring 0.1 inatoa matokeo ya 0.01, ikiongezeka kwa 10 inatoa nguvu ya watts 0.1 au milliwatts 100.
Hatua ya 7. Zidisha nguvu kwa wakati uliopita
Kuzidisha huku kunatoa pato la nishati kwenye joules. 0.1 watt x sekunde 10 ni sawa na joule 1 ya nishati ya umeme.
