Inglise füüsiku James Prescott Joule’i järgi nime saanud džaul (J) on üks rahvusvahelise meetermõõdustiku nurgakivi ühikuid. Džauli kasutatakse töö, energia ja soojuse ühikuna ning seda kasutatakse laialdaselt teaduslikes rakendustes. Kui soovite, et teie vastus oleks džaulides, kasutage alati standardseid teaduslikke ühikuid. Mõnedes valdkondades kasutatakse endiselt “foot pound” või “Briti soojusühikut”, kuid neil pole teie füüsika kodutöös kohta.
1
Saage aru, mida tähendab töö füüsikas. Kui lükkad kasti üle toa, oled töö teinud. Kui tõstate selle üles, olete töö teinud. “Töö” toimumiseks peavad olema kaks olulist omadust: rakendate pidevat jõudu. Jõud paneb objekti liikuma jõu suunas.
2
Määratlege töö. Tööd on lihtne arvutada. Lihtsalt korrutage kasutatud jõu suurus ja läbitud vahemaa. Tavaliselt mõõdavad teadlased jõudu njuutonites ja kaugust meetrites. Kui kasutate neid ühikuid, on teie vastuseks töö džauli ühikutes. Kui loete töö kohta tekstülesannet, peatuge ja mõelge, kuhu jõud rakendatakse. Kui tõstate kasti, siis surute ülespoole ja kast liigub üles, nii et vahemaa on ükskõik kui suur. Aga kui te siis kasti käes hoides edasi kõnnite, ei toimu üldse tööd. Surute ikka ülespoole, et kast ei kukuks, kuid kast ei liigu üles.
3
Leidke teisaldatava objekti mass. Peate teadma massi, et aru saada, kui palju jõudu selle liigutamiseks vajate. Esimese näite puhul kasutame inimest, kes tõstab raskuse põrandalt rinnale, ja arvutame välja, kui palju tööd see inimene raskuse kallal teeb. Oletame, et kaal on 10 kilogrammi (kg). Vältige naela või muude mittestandardsete ühikute kasutamist, vastasel juhul ei esitata teie lõplikku vastust džaulides.
4
Arvutage jõud. Jõud = mass x kiirendus. Meie näites, tõstes raskust otse üles, on kiirendus, millega võitleme, tingitud gravitatsioonist, mis võrdub 9,8 meetrit sekundis2. Arvutage jõud, mis on vajalik meie raskuse liigutamiseks ülespoole, korrutades (10 kg) x (9,8 m/s2) = 98 kg m/s2 = 98 njuutonit (N). Kui objekti liigutatakse horisontaalselt, pole gravitatsioonil tähtsust. Probleem võib paluda teil selle asemel välja arvutada jõud, mis on vajalik hõõrdumise ületamiseks. Kui probleem näitab, kui kiiresti objekt kiirendab selle lükkamisel, saate antud kiirenduse massiga korrutada.
5
Mõõtke liigutatav kaugus. Selle näite puhul oletame, et raskust tõstetakse 1,5 meetrit (m). Vahemaa tuleb mõõta meetrites, vastasel juhul ei kirjutata teie lõplikku vastust džaulides.
6
Korrutage jõud kaugusega. 98 njuutoni raskuse tõstmiseks 1,5 meetrit ülespoole peate pingutama 98 x 1,5 = 147 džauli.
7
Arvutage töö nurga all liikuvate objektide jaoks. Meie ülaltoodud näide oli lihtne: keegi avaldas objektile jõudu ülespoole ja objekt liikus üles. Mõnikord ei ole jõu suund ja objekti liikumine päris samad, kuna objektile mõjuvad mitmed jõud. Järgmises näites arvutame välja džaule, mida laps vajab, et lohistada kelku 20 meetrit üle tasase lume, tõmmates köit, mis on 30º nurga all ülespoole. Selle stsenaariumi puhul töö = jõud x koosinus(θ) x kaugus. Sümbol θ on kreeka täht “teeta” ja see kirjeldab nurka jõu suuna ja liikumissuuna vahel.
8
Leidke rakendatud kogujõud. Selle probleemi puhul oletame, et laps tõmbab köit jõuga 10 njuutonit. Kui probleem annab teile “paremale suunatud jõu”, “ülespoole suunatud jõu” või “jõu liikumissuunas”, on ta juba välja arvutanud. osa “force x cos(θ)” ja võite väärtuste korrutamise juurde minna
9
Arvutage vastav jõud. Ainult osa jõust tõmbab kelku ette. Kuna köis on nurga all ülespoole, üritab ülejäänud jõud kelku ülespoole tirida, tõmmates asjatult vastu gravitatsiooni. Arvutage liikumissuunas mõjuv jõud: Meie näites on tasase lume ja köie vaheline nurk θ 30º. Arvutage cos(θ). cos(30º) = (√3)/2 = umbes 0,866. Selle väärtuse leidmiseks võite kasutada kalkulaatorit, kuid veenduge, et teie kalkulaator oleks seadistatud samale ühikule, mis teie nurga mõõtmisel (kraadid või radiaanid). Korrutage kogujõud x cos (θ). Meie näites 10N x 0,866 = 8,66 N jõudu liikumissuunas.
10
Korrutage jõud x kaugus. Nüüd, kui teame, kui palju jõudu tegelikult liikumissuunale suunatakse, saame arvutada töö nagu tavaliselt. Meie probleem ütleb meile, et kelk liikus 20 meetrit edasi, seega arvutage 8,66 N x 20 m = 173,2 džauli tööd.
11
Mõista jõudu ja energiat. Vattid on võimsuse mõõt ehk kui kiiresti energiat kasutatakse (energia aja jooksul). Džaulid on energia mõõt. Vattidest džaulideks teisendamiseks peate määrama aja pikkuse. Mida kauem vool kulgeb, seda rohkem energiat see kasutab.
12
Džauli saamiseks korrutage vatid sekunditega. 1-vatine seade tarbib 1 džauli energiat iga 1 sekundi järel. Kui korrutate vattide arvu sekundite arvuga, saate lõpuks džauli. Et teada saada, kui palju energiat 60 W lambipirn 120 sekundi jooksul tarbib, lihtsalt korrutage (60 vatti) x (120 sekundit) = 7200 džauliga. See valem töötab mis tahes vattides mõõdetava võimsuse korral, kuid kõige levinum rakendus on elekter.
13
Mõista kineetilist energiat. Kineetiline energia on energia hulk liikumise kujul. Nagu iga energiaühikut, saab seda väljendada džaulides. Kineetiline energia on võrdne seisva objekti kiirendamiseks teatud kiiruseni tehtud töö hulgaga. Kui see on saavutanud selle kiiruse, säilitab objekt selle koguse kineetilist energiat, kuni see energia muundub soojuseks (hõ