Представьте, что я поднял предмет массой 100 кг на 1 см над землей и держу его там. Я хотел бы знать, сколько энергии мне нужно потратить, чтобы удержать этот объект там? Я понимаю, что в базовом смысле требуемая энергия равна 0. Но на самом деле я трачу энергию, чтобы держать, скажем, мою руку неподвижной, чтобы удерживать предмет в поднятом состоянии. Или я могу прикрепить к объекту дрон и сжигать бензин, чтобы он оставался на плаву. Какие-то формулы?
Ваш вопрос ясен .
Затрата энергии происходит при совершении работы , которая имеет те же единицы измерения, что и энергия, и мы знаем из элементарной физики, что работа, совершаемая в гравитационном поле, является просто произведением силы и расстояния .
Например, вы берете 100-килограммовую массу, поднимаете ее с земли и ставите на пьедестал высотой 1 метр. Приложенная вами сила равна , так что около 980 ньютонов и пройденное расстояние, 1 метр, поэтому вы тратите около 980 джоулей энергии. И это было сделано независимо от того, делали ли вы это своими мышцами или дроном. Более того, после установки объекта на пьедестал ни вы, ни пьедестал не тратите энергию. Энергия не исчезла, а запаслась в объекте, и это называется потенциальной энергией.
Что действительно продолжает сохраняться после того, как объект находится в покое, так это направленная вверх сила пьедестала, которая находится в равновесии с направленной вниз силой (весом) объекта. Но пьедестал не тратит на это энергию. Однако, если вы держите объект или БПЛА сжигает бензин, энергия тратится на поддержание этого силового равновесия.
Дело в том, что на этот вопрос есть разные ответы в зависимости от контекста и точной настройки.
Если вы держите вес рукой, было бы невероятно утомительно удерживать горизонтально вытянутую руку. Если вместо этого вы держите руку вертикально, тогда вы можете позволить костям нести нагрузку вместо мышц, и ваши усилия будут намного, намного меньше.
Дрон расходует топливо, чтобы обеспечить восходящий поток, необходимый против общего веса, который тянет его вниз. Но сколько энергии потребуется, зависит от топлива, дрона, воздуха, геометрии и конструкции крыльев и т. д.
Поместите вес на крюк в потолке, и энергия не будет потрачена вообще - ни вами, ни дроном, ни потолком. Для существования силы не требуется энергии . Но такая сила может быть результатом энергозатратных процессов, что имеет место в организме человека при мышечных сокращениях и биологических процессах, но не в потолке.
Яшас
Оден Янг
документальная наука
КПВ