Как было получено определение и формула труда? Это лучшее из возможного?

Совершенная работа определяется как скалярное произведение силы и перемещения. ... не должно ли это быть произведением силы и времени

Были ли эти формулы (для работы и энергии ) фактически выведены на основе какого -то физического понимания , или они просто построены для лучшего понимания сил?

Ни один из двух. Большинство формул и определений имеют историческую мотивировку . Этот вопрос слишком сложен, чтобы полностью обсуждать его здесь. Существует множество определений, которые не являются «рациональными» в науке, поскольку первые объяснения явлений основаны на заблуждениях, а некоторые являются краеугольными камнями, на которых постепенно возводится небоскреб.

Вы наверняка знаете названия орбиталей атома: s, p, d, f. Они получены из описания ранними спектроскопистами определенных серий спектроскопических линий щелочных металлов как резких , основных , диффузных и основных . Проще и рациональнее было бы назвать их как-нибудь иначе: а, б, в, г, или 1, 2, 3, 4 или, еще проще, отождествить их с$l$, квантовое число углового момента: 0,1,2,3. Изменить эти определения было бы довольно легко и безболезненно (но и физики подвержены « силе инерции »: см. комментарий Джона Ренни здесь ), тогда как изменить основные определения/выводы крайне сложно, как и изменить левостороннее движение в Англии: вы должны за ночь поменять все дорожные знаки и, что еще хуже, утилизировать все автомобили с левым рулем.

Вы можете найти полное и подробное описание того, как впервые была обнаружена энергия и как ею пренебрегли, в моем посте здесь , и вы можете гордиться тем, что у вас были те же идеи, что и у Лейбница.

Лейбниц предложил более логичную, рациональную и естественную интеграцию по времени. Теперь, как вы наверняка знаете, это больше невозможно, так как$F * t$определяется как импульс.

Другая историческая причина/оправдание, связанное с этим, заключается в том, что понятие энергии было понято очень поздно, достаточно сказать, что на сегодняшний день оно еще не считается фундаментальным понятием и не имеет собственной единицы: вы, наверное, знаете, что в СИ семь основных единиц и энергии среди них нет. Это действительно удивительно и сбивает с толку: *самая важная концепция во всей вселенной — это [ производная единица ]*( http://en.wikipedia.org/wiki/SI_derived_unit ), полученная различными способами из производных единиц.

Термин « работа » был введен в 1826 году французским математиком Гаспаром-Гюставом Кориолисом как «вес, поднятый на высоту», что основано на использовании первых паровых двигателей для подъема ведер с водой из затопленных рудников. Единицей работы в системе СИ является ньютон-метр или джоуль (Дж). ( вики )

Другая причина заключается в том, что определение было смоделировано на основе силы гравитации, которая долгое время была единственной силой, которую можно было понять и математически описать.$F*s$, конечно, уместно описать это: если вы хотите поднять 1 кг на 2 м, вы тратите энергию в два раза больше энергии, чтобы поднять 1 кг на 1 м. Это своеобразное определение привело также к «парадоксальному» [ см. здесь ] ( физическое определение работы кажется парадоксальным ) последствию, что при некоторых обстоятельствах вы тратите много « энергетических калорий », но на самом деле не тратите «энергетическую работу ».

Но, возвращаясь к выводу формулы, в конце концов, «интегрирование по времени» даже не нужно, так как интегрировать особо нечего , это простая геометрическая формула, которая вам нужна, чтобы найти сторону квадрата: если вы считаете единую массу реальным, «истинным» отношением между сущностями, проявляющимся во всей своей ошеломляющей простоте:

Физики, вероятно, привыкли к этому и не беспокоятся, но действительно удивительно видеть, что энергия света каким-то образом «эквивалентна» скалярному произведению$F *s$. Было бы разумно заменить / интегрировать это определение, различая проделанную работу (затраченную энергию) и работу, проделанную над чем-то (механическую работу) , и назвать разницу потраченной впустую энергией / работой:$W_d = W_{mech} + W_w$

Вы найдете более подробную информацию о потерянной энергии и потерянной энергии в крутящем моменте в вопросе, связанном

Надеюсь, этого достаточно, чтобы успокоить ваше смущение.

Если вы проведете целую вечность, толкая кирпичную стену, она не сдвинется с места, и вы на самом деле не проделали никакой механической работы; стена имеет ту же энергию в конце. Но сделайте то же самое с автомобилем (сначала снимите ручник!), и вы заставите его двигаться: сила, которую вы прикладываете, придает автомобилю движение и, следовательно, кинетическую энергию. Другими словами, вы делаете работу на машине.

Работа определяется как изменение энергии, которая определяется как таковая, поскольку является сохраняющейся величиной. Если ваша интуиция работы или энергии не соответствует этим идеям, вы должны попытаться развить ее, думая о подобных проблемах. (Будьте осторожны, так как точное физическое определение терминов может не совсем совпадать с тем, как те же самые слова появляются в обычном употреблении!)

Да, я задавал тот же вопрос. У меня такое чувство, что в связи с комментарием голографа я знаю, что когда глиняный шар ударяется о стену, создается кинетическая энергия, но в смысле тепла. Я не совсем уверен, что к стене не добавляется энергия. Спрашивается, в чем разница между ударом глиняного шара о стену и глиняным шаром, долго прижимающимся к стене?

Можно видеть, откуда берется идея в том, что энергия, с точки зрения энергии, полученной из движения (кинетическая энергия), макроскопически не проявляется в движении стены. Если вы не заставляете объект иметь энергию, то вы не даете энергию, и поэтому F*t не должно быть подходящим определением энергии.

Если мы пытаемся определить энергию, она должна быть переносимой. F*d может передаваться в том смысле, что если я применяю силу на расстоянии, я могу знать, что получена результирующая энергия. Изучите мяч, сила которого умножается на расстояние, мяч получает кинетическую энергию, которую можно использовать для разрушения глиняной фигуры. Осмотрите ящик, поставленный на пол. Эта энергия передается полу в виде тепла и шлифовального воздействия на пол. Обе эти ситуации нарушаются, если энергия определяется как импульс, и вот почему:

Если мы будем нажимать на мяч с обеих сторон одинаково, импульс будет больше, чем проделанная работа, тем более за большее время. Но если мы отпустим мяч, он вообще ничего не сможет сделать, если только он не станет эластичным! То же самое касается ящика. Если ящик толкать с обеих сторон с одинаковой силой в течение длительного времени, ящик никуда не двигается, но все же имеет большой толчок. Попробуйте передать импульс. Чем больше мысленных экспериментов вы проведете, тем больше будете убеждены. Попробуйте сделать то же самое для работы, и это «работает» лучше.