能量与功
作功（也叫机械功）就是力移动一个距离。
没有移动就没有功！
这些人在作功，因为他们在举重
这个人作了功来举起杠铃,
但现在他不是在作功，因为杠铃不在移动
这个也不在作功
这辆拖拉机在作功，因为它在托动干草捆。
相同方向！
力和移动是沿同一个方向测量的。
功 = 力 × 距离 × cos θ
其中 θ 是力和移动方向之间的角度。
例子：小庄一 200牛顿的力把箱子向前推了 3米。但推的角度是向上 20°。
开始：
功 = 力 × 距离 × cos θ
代入数值：
功 = 200牛顿N × 3米 × cos 20°
功 = 200牛顿 × 3米 × 0.9397……
功 = 564牛顿米（保留最近的牛顿米）
1牛顿米是 1焦耳（J），功与能量的合适单位（下面再讲）：
功 = 564焦耳
（如果缺了 cos θ，错误的答案便是 600焦耳）
这是一些角度：
| cos(0°)=1 | cos(60°)=0.5 | cos(90°)=0 | ||
 |
 |
 |
||
| W = Fd | W = Fd × 0.5 | W = 0 |
所以记住：
- 没有移动就没有功
- 力与移动在同一方向
- 功 = 力 × 距离 × cos θ
能量
能量是做功的能力。
能量就像储存起来的功。
- 当一个物体作功，它就失去能量
- 为一个物体作功，它就得到能量
能量以很多形式存在！
压缩的弹簧有势能。
电池有电能。我们可以把电能输出来做功。
燃料有化学能。发动机可以把燃料（和氧气）转变为功来推动汽车。
榔头有机械能：
- 举起来时有势能（位置的能量）)
- 敲下时就有动能（运动的能量）
能量从一种形式转变成另一种形式，或变成热量：
热量也是一种能量。实际上，总能量是不变的：
不能创造或消灭能量。
这叫能量守恒定律：能量转变，但总能量不变。
能量离开并从一个系统里消失。电池用电能点亮灯泡，但电池也失去了这些能量。我们的身体经常在失去热量。
但如果我们说："能量以热量的形式失去"，我们的意思是能量消散到周围的环境里，但并没有在宇宙里消失。
桑基图（也叫桑基能量分流图或桑基能量平衡图）
"桑基图"显示能量的去处。箭头的宽度对应能量流量的大小和目的地。
这是汽车汽油发动机的桑基图：
注意："MJ"是兆焦耳（百万焦耳）。把所有箭头相加来确定总能量不变！
焦耳
能量和功的基本单位是焦耳（J）：
1焦耳是 1牛顿移动 1米所作的功
1焦耳 = 1牛顿 × 1米
焦耳含有牛顿米的单位，即是千克米2/秒2（因为牛顿是千克米/秒2)
只有在同一个方向的力和移动才能作功，所以更准确的描述是：
当 1牛顿的力使得物体移动了和力相同方向的 1米距离，所作的功就是 1焦耳。
例子：把 0.1千克重的苹果举起 1米需要多少能量？
把 0.1千克重的苹果举起，需要大约 1牛顿的力和地心引力对抗：
F = mg
F = 0.1千克 × 9.8米每秒2
F ≈ 1牛顿
但拿住苹果不动并不是作功，还需要移动苹果！
所以用 1牛顿的里向同一个方向把苹果举起了 1米作的功是：
功 = 1牛顿 × 1i × cos 0°
= 1焦耳
究竟有多大？
一焦耳大约是：
- 把 0.1千克重的苹果举起 1米所需要的能量
- 苹果跌回地上时释放的能量
- 把一滴水的温度加热摄氏 5°所需要的能量
- 1瓦特电在 1秒里作的功
更多：
- LED 灯每秒大约耗电 3焦耳
- 在静止状态的人每秒大约释放 60焦耳的热量
千焦耳（kJ）是 1000焦耳：
- 暖风机每秒大约发出 2千焦耳的热量
- 烧一杯水来泡咖啡需要 80千焦耳
兆焦耳（MJ）是 1百万焦耳：
- 2500千克重的汽车高速行驶时的能量是 1 MJ
- 大屏幕电视机每小时大约用 1 MJ电
- 一 kW h（瓦特小时）电是3.6 MJ
- 暖风机每小时大约发出 8 MJ的热量
京焦耳GJ）是十亿焦耳：
- 每天太阳晒在屋顶的能量大约是 1 GJ 到 5 GJ
- 每（美国）人每年在家大约用 20 GJ的能量
效率
效率是指有用能量对总能量功率的百分比。
效率 = 有用能量 总能量 （以百分比表达）
例子：汽车里的汽油发动机使用的每 100 MJ（兆焦耳）能量，只有 25 MJ 用来移动的汽车。
效率 = 25 MJ 100 MJ = 25%
总括
- 功是力乘以距离（同一方向！）
- W = F d cos θ
- 能量是作功的能力
- 能量从一种形式转变成另一种形式，或变成热量
- 不能创造或消灭能量（能量守恒定律）
- 能量的基本单位是焦耳（J)
- 1焦耳 = 1牛顿米