← Wszystkie rozdziały
ROZDZIAŁ • PRACA I ENERGIA

🔨 Praca
i moc.

Jak fizyka opisuje podnoszenie plecaka, przesuwanie mebla, jazdę samochodem czy pracę silnika? W tym rozdziale poznasz pracę mechaniczną i moc oraz dowiesz się, jak obliczać je w praktycznych sytuacjach.

NA POCZĄTEK

🌍 Gdzie wykorzystujemy pracę i moc?

Pojęcia pracy i mocy pozwalają opisywać działanie maszyn, silników i człowieka. Dzięki nim możemy porównywać nie tylko to, ile energii potrzeba do wykonania zadania, ale również jak szybko zadanie zostanie wykonane.

🏗️ Budowa Dźwig wykonuje pracę, podnosząc ciężkie elementy na określoną wysokość.
🚗 Samochody Moc silnika informuje między innymi o tym, jak szybko może on wykonywać pracę.
🚴 Rower Rowerzysta wykonuje pracę, naciskając na pedały. Im większa moc, tym szybciej może dostarczać energię.
🏋️ Sport Podnoszenie ciężaru jest przykładem wykonywania pracy mechanicznej przeciwko sile grawitacji.
🛗 Winda Silnik windy wykonuje pracę, podnosząc kabinę wraz z pasażerami.
⚡ Urządzenia elektryczne Moc urządzenia informuje, jak szybko urządzenie zużywa lub przekazuje energię.
01

🔨 Czym jest praca mechaniczna?

W fizyce praca mechaniczna jest wykonywana, gdy siła działająca na ciało powoduje jego przemieszczenie.

Nie każda sytuacja, w której człowiek się męczy, oznacza wykonanie pracy mechanicznej w sensie fizycznym.

🧠 Ważne rozróżnienie

Jeżeli trzymasz ciężki plecak w miejscu, możesz bardzo się męczyć. Jednak z punktu widzenia podstawowego modelu fizycznego nie wykonujesz pracy mechanicznej nad plecakiem, jeżeli nie powodujesz jego przemieszczenia.

Jeżeli natomiast podnosisz plecak do góry, działasz siłą i jednocześnie powodujesz jego przemieszczenie. Wtedy wykonujesz pracę mechaniczną.

📌 Kiedy siła wykonuje pracę?

  • na ciało działa siła,
  • ciało przemieszcza się,
  • przemieszczenie ma składową w kierunku działania siły.
02

📐 Wzór na pracę

Jeżeli siła działa w kierunku przemieszczenia, pracę obliczamy ze wzoru:

W = F · s

gdzie:

  • W — praca [J],
  • F — siła [N],
  • s — droga lub przemieszczenie [m].

Jednostką pracy w układzie SI jest dżul (J).

1 J = 1 N · 1 m

↗️ Gdy siła nie działa dokładnie w kierunku ruchu

Jeżeli siła tworzy z kierunkiem przemieszczenia kąt, bardziej ogólny wzór ma postać:

W = F · s · cos α

W podstawowych zadaniach szkolnych często rozpatrujemy sytuację, w której siła i przemieszczenie mają ten sam kierunek. Wtedy α = 0° i otrzymujemy po prostu W = F · s.

03

⚡ Czym jest moc?

Moc informuje nas, jak szybko wykonywana jest praca.

Dwie maszyny mogą wykonać taką samą pracę, ale jedna może zrobić to znacznie szybciej. Właśnie wtedy ma większą moc.

🔨 Praca Mówi, ile pracy zostało wykonane.
⚡ Moc Mówi, jak szybko wykonywana jest praca.
🚗 Przykład z życia

Wyobraź sobie dwa silniki, które wykonują taką samą pracę. Pierwszy potrzebuje na to 20 sekund, a drugi tylko 10 sekund.

Drugi silnik wykonuje tę samą pracę w krótszym czasie, więc ma większą moc.

04

📊 Wzór na moc

Moc obliczamy, dzieląc wykonaną pracę przez czas jej wykonania:

P = W / t

gdzie:

  • P — moc [W],
  • W — praca [J],
  • t — czas [s].

Jednostką mocy jest wat (W).

1 W = 1 J / 1 s

📌 Co oznacza większa moc?

Jeżeli dwa urządzenia wykonują taką samą pracę, to urządzenie o większej mocy wykona ją w krótszym czasie.

większa moc → ta sama praca wykonana szybciej
05

📏 Jednostki pracy i mocy

Wielkość Symbol Jednostka Symbol jednostki
Praca W dżul J
Siła F niuton N
Droga s metr m
Czas t sekunda s
Moc P wat W

🔌 Kilowat

W przypadku urządzeń elektrycznych często spotykamy kilowaty.

1 kW = 1000 W

Przykładowo urządzenie o mocy 2 kW ma moc:

2 kW = 2000 W
06

🧠 Przykłady z rozwiązaniami

Zadanie przykładowe 1 — podnoszenie plecaka

Uczeń podnosi plecak działając na niego siłą 50 N na wysokość 1,5 m. Oblicz wykonaną pracę.

Krok 1 — wzór:

W = F · s

Krok 2 — podstawiamy:

W = 50 · 1,5

Krok 3 — wynik:

W = 75 J

Uczeń wykonał pracę 75 J.

Zadanie przykładowe 2 — przesuwanie skrzyni

Robotnik działa na skrzynię siłą 200 N i przesuwa ją na odległość 5 m.

W = F · s
W = 200 · 5 = 1000 J

Wykonana praca wynosi 1000 J.

Zadanie przykładowe 3 — moc silnika

Silnik wykonał pracę 6000 J w czasie 20 s. Oblicz jego moc.

P = W / t
P = 6000 / 20
P = 300 W

Moc silnika wynosi 300 W.

Zadanie przykładowe 4 — winda

Winda wykonuje pracę 30 000 J w czasie 15 s. Oblicz jej moc.

P = 30 000 / 15
P = 2000 W = 2 kW

Moc wynosi 2000 W, czyli 2 kW.

Zadanie przykładowe 5 — porównanie dwóch urządzeń

Urządzenie A wykonuje pracę 10 000 J w ciągu 20 s. Urządzenie B wykonuje tę samą pracę w ciągu 10 s. Które urządzenie ma większą moc?

PA = 10 000 / 20 = 500 W
PB = 10 000 / 10 = 1000 W

Urządzenie B ma dwukrotnie większą moc.

07

🎮 Interaktywne obliczenia

🔨 Oblicz pracę

Podaj siłę i drogę.


⚡ Oblicz moc

Podaj wykonaną pracę i czas.


⏱️ Ile czasu potrzeba na wykonanie pracy?

Znając pracę i moc możemy obliczyć czas:

t = W / P

🏆 Porównaj moc dwóch urządzeń

Oba urządzenia wykonują pracę 5000 J. Podaj czas potrzebny każdemu z nich.


08

✏️ Zadania dla ucznia

Rozwiąż zadania samodzielnie. Zwracaj uwagę na jednostki.

Zadanie 1

Na ciało działa siła 100 N i przesuwa je ona na odległość 3 m. Oblicz pracę.


Zadanie 2

Robotnik wykonuje pracę 2000 J w czasie 10 s. Oblicz moc.


Zadanie 3

Silnik o mocy 500 W wykonał pracę 5000 J. Ile czasu trwała praca?


Zadanie 4

Podnosisz przedmiot siłą 80 N na wysokość 2 m. Ile pracy wykonujesz?


Zadanie 5

Urządzenie wykonało pracę 12 000 J w czasie 30 s. Oblicz moc.


Zadanie 6

Która jednostka jest jednostką pracy?


Zadanie 7

Która jednostka jest jednostką mocy?


Zadanie 8

Dwa urządzenia wykonują taką samą pracę. Pierwsze potrzebuje 20 s, a drugie 10 s. Które ma większą moc?


Zadanie 9

Samochód wykonuje pracę 50 000 J w czasie 5 s. Oblicz moc silnika.


Zadanie 10

Co oznacza większa moc urządzenia?


Zadanie 11

Siła 250 N przesuwa ciało o 4 m. Oblicz pracę.


Zadanie 12

Dźwig o mocy 5000 W wykonuje pracę 25 000 J. Jak długo wykonuje tę pracę?